Фотонные интегральные схемы видимого, ИК и терагерцового диапазона
.pdfФотонные интегральные схемы терагерцового диапазона
Научная составляющая в части создания терагерцовых (ТГц) фотонных интегральных схем (ФИС) на базе сверхпроводникового болометра на горячих электронах (HEB)для хайтек индустрии связана с нетрадиционной архитектурой создаваемых устройств. На сегодняшний день существует две традиционные концепции реализации прямого и когерентного детектора сверхслабых ТГц сигналов на базе HEB - 'квазиоптическая' и 'волноводная' схемы реализации. В первом случае ТГц излучение вводится через систему полусферическая линза - планарная антенна, в фидерную линию которой встроен сверхпроводящий чувствительный элемент HEB-детектора. Во втором - ТГц излучение согласуется с чувствительным элементом детектора через волноводно-полосковый переход, при этом интегральная схема (ИС) детектора обычно располагается перпендикулярно оси волновода на расстоянии в четверть длины волны от его глухой (задней) стенки. Использование каждой схемы реализации имеет ряд преимуществ и недостатков.
Преимущества 'квазиоптической' схемы реализации HEB-детектора - простота изготовления, широкая полоса входных рабочих частот (до нескольких октав) и преемственность базовой геометрии входной оптики в диапазоне частот 0.3 - 30 ТГц, что определяется линейными размерами сверхпроводящего элемента, которые обычно выбираются от 0.07×0.7 мкм2 до 0.3×3 мкм2 (Д×Ш) в зависимости от необходимых технических характеристик детектора в части чувствительности, стабильности и потребляемой мощности гетеродина. Недостатки 'квазиоптической' схемы реализации связаны со сложностью интегрирования HEB-детектора с внешними оптическими схемами, качеством диаграммы направленности в части ширины основного лепестка и относительного уровня боковых лепестков, которые в случае использования логопериодической спиральной антенны составляют около 55° и -15 дБ, соответственно. Существенным недостатком также является отсутствие возможности создания сложной интегральной схемы на чипе.
В случае 'волноводной' схемы реализации HEB-детектора все наоборот: узкая полоса входных рабочих частот (20-30% относительно центральной), сложность изготовления, связанная с необходимостью ресурсоемкой механической обработки по утонению ИС детектора до нескольких десятков микрон, компенсируются легкостью интегрирования детектора с внешними оптическими схемами, качеством его диаграммы направленности. Так в случае использования гофрированной рупорной антенны ширина основного лепестка может составлять до 5° при уровне боковых лепестков не более -30 дБ. Создание сложной интегральной схемы на чипе возможно, однако весьма ресурсоемко и требует не только структурирования ИС детектора с использованием технологического оборудования 'чистой комнаты', но и существенного изменения механической конструкции волноводной оптики, что ограничивает применимость/возможности технологии на частотах более 1-2 ТГц. Использование ООО "Тинфотоника" в конструкции 'волноводного' HEB-детектора элементов входной оптики на базе диэлектрических волноводов и фазированных антенных решеток (ФАР) малой размерности, изготавливаемых в рамках SOI-совместимой технологии, позволяет существенно упростить изготовление и обеспечить получение предельных характеристик устройств в верхней части ТГц диапазона и дальнем ИК.
Quantum photonics integrated circuits (QPICs)
We are open to everything new
Basic elements for single-chip based quantum circuits
elements that do not require cooling
1.Mach–Zehnder interferometers
2.Ring-resonators (O-ring, Racetrack)
3.Directional couplers
4.Diffraction grating (couplers)
5.Waveguide
6.Beam-splitters with custom splitting ratio (50:50, 70:30,
90:10, 9:1,…)
7.Bragg’s filters
8.Opposing couplers
9.Multiplexer and demultiplexer (AWG)
1 |
2 |
3 |
5
4 |
6 |
7 |
8 |
9 |
cooling elements
Integrated single-photon detectors SSPDs or SNSPDs for wave range of 600 -1600 nm Single photon spectrometer
Developments and products of the company
Development
Chip Random Number Generator |
Active elements on the chip |
|
|
|
|
Application: |
|
Application: quantum cryptography |
amplitude and phase modulators |
|
|
|
|
Raman spectrometer on chip |
Reduction of optical losses during |
|
input and output of radiation on the chip
Application: chemical composition determination
Products/Sales
Liquid–agent free quantum detection systems
Quantum efficiency |
90% |
||
Time resolution |
< 40 ps |
||
Dead time |
|
< 15 ns |
|
Number of channels |
< 8 |
||
Wave range |
|
0.6-1.6 µm |
|
a) Rack-based system outlook. |
|
||
b) |
System components: |
|
|
|
1. Closed-cycle refrigerator; |
||
|
2. |
Detector-package; |
|
https:// tirphotonics.com |
3. |
Zoom-in view of the QPIC chip; |
|
|
4. |
Control Unit for bias and read-out; |
|
|
5. |
Computer. |
|
Innovative company
Development and manufacturing of quantum photonics integrated circuits
TIRPHOTONICS
Генератор случайных чисел (РКЦ-Тинфотоника)
Оптическая фотография
Спектр пропускания
|
|
Выход схемы |
|
|
2,5 |
|
|
density |
2,0 |
|
|
1,5 |
|
|
|
Probability |
|
|
|
1,0 |
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,0 |
|
|
|
0,0 |
0,5 |
1,0 |
Normalized output power
Принцип работы: интерференция лазерных импульсов ниже порога генерации лазера (случайная фаза, следовательно и ∆φ)
= 2 0(1 + cos ∆φ )) = 4 0(cos2 ∆ /2)
Аналитический расчет плотности вероятноcти для равномерного распределения ∆φ (0;π) не Гаусс
До порога
Стабильность: 0,8 град/2π |
|
Преимущества микросхемы: |
FSR 20 pm |
- |
Высокая скорость генерации (5ГГц+10бит |
|
|
АЦП ≈ 50Гбит/с). Доступно на рынке |
|
|
1ГБ/с |
|
- |
Высокая температурная стабильность |
|
- Высокая точность изготовления линии |
|
задержки
Проблемы у нас:
-Высокие потери на ввод/вывод, около 23 дБ
-Потери в линии задержки около 10 дБ