Многоуровневая энергонезависимая коммутация кремниевых фотонных устройств с использованием сегментированных структур In₂O₃/GST

Перенастраиваемые кремниевые фотонные устройства широко применяются в многочисленных новых областях, таких как оптические соединения, фотонные нейронные сети, квантовые вычисления и микроволновая фотоника. В настоящее время материалы с фазовым переходом (PCM) интенсивно исследуются как перспективные кандидаты для создания коммутационных элементов благодаря их сильной модуляции показателя преломления. В данной работе продемонстрирована энергонезависимая многоуровневая коммутация кремниевых фотонных устройств с использованием Ge₂Sb₂Te₅ (GST) и прозрачных микронагревателей из In₂O₃, совместимых с различными материальными платформами. При интеграции GST с кремниевыми фотонными волноводами и интерферометрами Маха–Цендера (MZI) достигается повторяемая и обратимая многоуровневая модуляция GST посредством фазовых переходов, индуцированных электротермическим воздействием. В частности, предложен и продемонстрирован сегментированный коммутационный элемент In₂O₃/GST, обеспечивающий градиент температуры примерно на порядок величины больше, чем несегментированный элемент, что позволяет реализовать до 64 различимых уровней коммутации с 6-битной точностью. Точная настройка импульсов коммутационного напряжения, вероятно, позволит дополнительно повысить точность до 7 бит, то есть до 128 различимых уровней коммутации. Возможность точной многоуровневой модуляции с использованием фазовых переходов имеет решающее значение для дальнейшего развития энергонезависимых перенастраиваемых коммутаторов и устройств с переменным ослаблением как функциональных блоков крупномасштабных программируемых оптоэлектронных систем.