Peer-reviewed measurements confirm exceptionally low-loss germano-silicate waveguides fabricated on silicon wafers, but the August story recycles research published in January and “silicon optical pathways” inaccurately implies a silicon-core waveguide.
Caltech сведе оптичните загуби в микрочипове до рекордните 0,07 dB/m
Пренасянето на стъкло за оптични влакна върху силициеви пластини ограничава затихването на сигнала от видимия до инфрачервения спектър.
Същината
Учени от Caltech адаптираха стъкло за оптични влакна върху силициеви чипове, използвайки топлинно изглаждане в пещ, за да намалят разсейването на светлината до рекордните 0,07 dB/m. Платформата подобрява показателите при къси дължини на вълната с двадесет пъти, но изравняването с оптичните влакна изисква допълнително намаляване на загубите с неколкостотин пъти и избягване на разрушителното нагряване до 1360 градуса.
Акценти
- Термично обработените вълноводи на Caltech постигнаха оптични загуби от 0,08 dB/m през януари и 0,07 dB/m през юни.
- Заглаждането на структурата в пещ намали загубите при дължина на вълната 458 нанометра двадесет пъти (с 13 dB).
- Пълното съвпадение с оптичните влакна изисква спад на загубите от 80 dB/km до физическата граница на материала от 0,2 dB/km.
- Пламъчната хидролиза удвои съдържанието на германий до 50 молни процента, намалявайки изчисления радиус на огъване до 130 микрометра.
- Производствените температури достигат до 1360 градуса по Целзий, което създава пречки за интеграцията на активни лазери в чипа.
Измерени оптични загуби в термообработен вълновод по дължини на вълната
| Wavelength (nm) | Propagation Loss (dB/m) |
|---|---|
| 458 | 0.49 |
| 532 | 0.32 |
| 685 | 0.32 |
| 780 | 0.19 |
| 965 | 0.14 |
| 1064 | 0.08 |
| 1550 | 0.09 |
- Измерени загуби при разпространение на светлината при седем дължини на вълната, публикувани в януарския брой на Nature след високотемпературно отвръщане в пещ.
- Показва как оптичните загуби намаляват към по-дългите инфрачервени вълни, служейки за база при бъдещи нискотемпературни разработки.
Из дневника на редактора
Постигането на чиста оптична физика върху силициева пластина решава само част от проблема — реалното навлизане на технологията на пазара зависи изцяло от това дали стъклените канали могат да се изграждат без екстремни температури, които разрушават съседната електроника.
Кой участва
Хао-Дзин Чън (Hao-Jing Chen)
изследовател по приложна физика в Caltech и съпърви автор
цел → пренася стъкло за оптични влакна върху силициеви микрочипове при минимални светлинни загуби
Келън Колбърн (Kellan Colburn)
изследовател в Caltech и съпърви автор
цел → приближава силициевите вълноводи до чистотата на оптичното влакно и тества вградени лазери и резонатори
Кери Вахала (Kerry Vahala)
професор в Caltech и водещ ръководител на изследването
цел → създава мащабируема платформа за интегрална фотоника, съпоставима по кохерентност с оптичните влакна за дълги разстояния
Хенри Блоувелт (Henry Blauvelt)
гост-изследовател в Caltech и главен технологичен директор на Emcore
цел → интегрира стъклени схеми с ниски загуби с полупроводникови лазери и оптични влакна за практически приложения
University of Southampton Optoelectronics Research Centre
британски изследователски център по фотоника
цел → предоставя експертен опит в пламъчната хидролиза за пренасяне на методи за производство на оптични влакна върху силиций
ScienceDaily
уебсайт за научни новини
цел → препубликува университетски съобщения за пресата за широка аудитория
Накратко
TL;DR: Изследователи от Caltech пренесоха технологията на оптичните влакна върху силициеви пластини, постигайки рекордно ниски оптични загуби от виолетовия до инфрачервения диапазон.
Въпросът: Какво постигна Caltech и какви пречки остават преди това интегрално стъкло да достигне показателите на истинското оптично влакно?
- Учените прекараха светлинен сигнал през германосиликатно стъкло върху силициеви пластини и отчетоха рекордно ниски загуби от 0,08 dB/m през януари и 0,07 dB/m през юни.
Как се разви
Caltech представи фотонна платформа със свойства на оптично влакно на конференцията CLEO
На конференцията CLEO 2024 в Шарлът, Северна Каролина, Caltech показа за първи път своята германосиликатна вълноводна платформа, доказвайки, че стъкло за оптични влакна може да се полага директно върху силициеви пластини. Чрез отлагане на легиран с германий силициев диоксид върху буферен слой от силициев диоксид екипът отчете оптичен качествен фактор (Q) над 180 милиона в диапазона от 532 до 1550 нанометра. Платформата поддържаше оптични честотни гребени, акустично лазерно разсейване и стабилизиране на лазери, което показа, че технологията работи стабилно много преди официалната научна публикация.
Caltech разработва нискотемпературна обработка на стъклото
Термичната обработка в пещ при 1000 градуса по Целзий изглажда неравностите по стъклото, но носи риск за разположените на същия чип чувствителни електронни компоненти. На 15 април 2025 г. Caltech изпрати пълния си ръкопис до списание Nature, като паралелно продължи да търси нискотемпературни алтернативи. По време на конференцията CLEO 2025 в Лонг Бийч Хао-Дзин Чън демонстрира процес без загряване при температури под 300 градуса по Целзий. При него оптичните загуби при 1550 нанометра достигнаха 0,15 dB/m, подобрявайки предишните рекорди за неотоплявани процеси над десет пъти. На 10 ноември 2025 г. Nature официално прие основния научен доклад.
Nature публикува резултатите за рекордни показатели във видимия спектър
На 7 януари 2026 г. списание Nature публикува онлайн изследването на Caltech. То показа загуби при разпространение на светлината от едва 0,08 dB/m при дължина на вълната 1064 нанометра и 0,49 dB/m при 458 нанометра. Резултатът при 458 нанометра отбеляза близо двадесеткратно подобрение (с 13 децибела) спрямо досегашните интегрирани платформи благодарение на контролираното повърхностно стопяване на гравираните стени в пещ при 1000 градуса. Специализирани издания като PIC Magazine и HPCwire обърнаха внимание на потенциалните приложения в центровете за данни и квантовите мрежи. Самата статия в Nature обаче посочи използването във фотонни системи за изкуствен интелект (AI) единствено като бъдеща възможност, без да демонстрира реални изчислителни натоварвания.
Пламъчната хидролиза свива радиуса на огъване и задълбочава рекорда при загубите
Острите завои в германосиликатните структури водят до изтичане на светлина. Затова екипът си партнира с University of Southampton, за да удвои съдържанието на германий до приблизително 50 молни процента чрез отлагане с пламъчна хидролиза. В публикация в списание Light: Science & Applications от 4 юни 2026 г. учените съобщиха, че по-високият контраст в показателя на пречупване е намалил изчисления минимален радиус на огъване от 840 на 130 микрометра, като същевременно е свалил оптичните загуби до 0,07 dB/m при 1064 нанометра. Методът с пламъчна хидролиза обаче налага етап на уплътняване при 1360 градуса по Целзий, което запазва високата температура като основно препятствие пред интеграцията.
Повторно разпространение представя стари резултати като нов пробив
На 17 август 2026 г. уебсайтът ScienceDaily препубликува съобщението на Caltech от февруари под заглавие „Пробив на Caltech пренася характеристиките на оптичните влакна в силициеви чипове“, което предизвика нова вълна от интерес в социалните мрежи. Материалът се позоваваше на януарската статия в Nature, а не на ново откритие, като пропусна юнския напредък с пламъчна хидролиза, който вече беше намалил загубите и радиуса на огъване. Освен това публикацията представи приложенията в центровете за данни и системите за изкуствен интелект (AI) като непосредствено готови технологии, въпреки че научните статии демонстрират единствено пасивно пренасяне на светлина, а не действащи изчислителни модули.
Докъде стигна историята
Ниските оптични загуби, постигнати от Caltech, са потвърдени от две рецензирани научни публикации — чрез плазмено газофазно отлагане през януари и чрез пламъчна хидролиза през юни. Вълноводите свалиха загубите до 0,07 dB/m, но те пренасят светлина през силициев диоксид с германиеви примеси, а не през чист силиций, и досега не са демонстрирали реални изчисления за системи с изкуствен интелект (AI).
Основното технологично предизвикателство остава преодоляването на дистанцията между 80 dB/km в чипа и 0,2 dB/km при самостоятелните оптични влакна. Инженерите ще трябва да отстранят остатъчното повърхностно поглъщане и да интегрират активни лазери, без да излагат деликатните съседни компоненти на термичните етапи между 1000 и 1360 градуса по Целзий.