Neue Forschungsergebnisse zeigen, wie sich Licht in integrierten Schaltkreisen auf Chips ausbreitet

Das Gebiet der photonischen integrierten Schaltkreise konzentriert sich auf die Miniaturisierung photonischer Elemente und deren Integration in photonische Chips – Schaltkreise, die eine Reihe von Berechnungen mithilfe von Photonen und nicht mit Elektronen, wie sie in elektronischen Schaltkreisen verwendet werden, durchführen.

Siliziumbasierte Photonik ist ein sich entwickelndes Feld, das für Rechenzentren, künstliche Intelligenz, Quantencomputing und mehr relevant ist. Es ermöglicht eine enorme Verbesserung der Leistung der Chips und ihres Kosten-Nutzen-Verhältnisses, da es auf dem gleichen Ausgangsmaterial basiert, das auch in der Elektronikwelt für Chips vorherrschend ist.

Doch obwohl sie vom gut entwickelten Lithographie-Produktionsprozess profitieren, der eine präzise Produktion der gewünschten Geräte ermöglicht, ermöglichen die Instrumente noch keine genaue Abbildung der optischen Eigenschaften des Chips. Dazu gehört auch die interne Lichtbewegung – eine entscheidende Fähigkeit, da es aufgrund der geringen Abmessungen der Geräte schwierig ist, die Auswirkungen von Herstellungsfehlern und Ungenauigkeiten zu modellieren.

Ein neuer Artikel von Forschern der Andrew and Erna Viterbi-Fakultät für Elektrotechnik und Computertechnik des Technion geht dieser Herausforderung nach und zeigt fortschrittliche Lichtbildgebung in photonischen Schaltkreisen auf Chips. Die Forschung, die war veröffentlicht im Tagebuch Optik, wurde von Professor Guy Bartal, Leiter des Labors für fortgeschrittene photonische Forschung, und dem Doktoranden Matan Iluz in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe von Professor Amir Rosenthal geleitet. An der Forschung beteiligten sich auch die Doktoranden Kobi Cohen, Jacob Kheireddine, Yoav Hazan und Shai Tsesses.

Die Forscher machten sich die optischen Eigenschaften von Silizium zunutze, um die Lichtausbreitung abzubilden, ohne dass eine invasive Aktion jeglicher Art erforderlich wäre, die den Chip stört oder verändert. Dieser Prozess umfasst die Kartierung des elektrischen Feldes der Lichtwellen und die Definition der Elemente, die die Bewegung des Lichts beeinflussen – Wellenleiter und Strahlteiler.

Das Verfahren liefert Echtzeitbilder und Videoaufzeichnungen des Lichts im Inneren des photonischen Chips, ohne dass der Chip beschädigt werden muss und ohne dass Daten verloren gehen. Es wird erwartet, dass dieser neue Prozess die Design-, Produktions- und Optimierungsprozesse von photonischen Chips in einer Vielzahl von Bereichen verbessern wird, darunter Telekommunikation, Hochleistungsrechnen, maschinelles Lernen, Entfernungsmessung, medizinische Bildgebung, Sensorik und Quantencomputer.