ENG: Caltech researchers have developed a photonic chip platform that allows light to propagate through on chip waveguides with extremely low loss, approaching optical fiber like performance even at visible wavelengths. Achieving such low loss on a chip is important because it preserves optical coherence, which improves the stability of lasers and supports photonic systems for precision sensing, timing, and quantum technologies.
Methodologically, the work centers on the waveguide material and the fabrication sequence. The team forms waveguides from germano silicate glass, a glass system closely related to the material used in optical fiber. They pattern these nanoscale light guiding structures using a lithography based process on standard 8 inch and 12 inch silicon wafers, keeping the approach compatible with established semiconductor manufacturing. After fabrication, the devices undergo a furnace reflow step; because the glass has a relatively low melting temperature, this heat treatment smooths the waveguide surfaces toward atomic scale roughness and suppresses scattering, a major source of loss at visible wavelengths.
A second methodological element is the circuit geometry used to achieve long effective propagation distances on a small chip. The waveguides are arranged in a spiral so that light travels a long path while remaining confined to a footprint of only a few centimeters. This is particularly valuable for resonator based devices such as ring resonators, where light circulates repeatedly and performance depends on how little energy is lost each round trip. With lower loss, light circulates longer, resonator quality increases, and lasers built around these resonators maintain coherence for much longer, supporting applications such as optical clocks, gyroscopes, and chip scale atomic sensors.
RO: Cercetătorii de la Caltech au realizat circuite fotonice pe cip în care lumina se propagă prin ghiduri de undă cu pierderi foarte mici, apropiate de cele ale fibrei optice, inclusiv în domeniul vizibil. Un astfel de nivel de eficiență contează deoarece pierderile mici păstrează coerența luminii, ceea ce duce la lasere mai stabile și la dispozitive fotonice mai performante pentru măsurări de precizie, sisteme cuantice și comunicații optice.
Metoda pornește de la material: în locul soluțiilor obișnuite pentru fotonică integrată în vizibil, echipa folosește sticlă germano-silicatică, înrudită cu sticla din fibra optică. Ghidurile de undă sunt definite printr-un proces bazat pe litografie, direct pe plachete standard de siliciu de 8 și 12 inci, astfel încât fabricația rămâne compatibilă cu fluxurile tehnologice din industrie. Apoi intervine o etapă esențială de tratament termic: materialul permite încălzirea în cuptor pentru reflow, care netezește suprafețele ghidurilor până aproape de scara atomică și reduce puternic împrăștierea luminii, una dintre cauzele principale ale pierderilor în vizibil.
În paralel, designul circuitelor este gândit pentru a obține pe cip o distanță optică mare într-un spațiu mic. Ghidurile de undă sunt așezate în spirală, astfel încât lumina parcurge o cale lungă într-un cip de doar câțiva centimetri. Această arhitectură este foarte utilă pentru rezonatoare, de exemplu rezonatoarele inelare, unde lumina circulă de multe ori, iar performanța depinde direct de cât de puțină energie se pierde la fiecare tur. Cu pierderi mai mici, lumina rămâne mai mult timp în rezonator, crește factorul de calitate, iar laserele bazate pe aceste structuri își mențin coerența mult mai mult, ceea ce sprijină aplicații precum ceasurile optice, giroscoapele și senzorii atomici la scară de cip.
Source (SciTechDaily, “Caltech Breakthrough Brings Fiber-Optic Performance to Silicon Chips”, 17.02.2026)
Paper: Chen, H.J., Colburn, K., Liu, P., Yan, H., Hou, H., Ge, J., Liu, J.Y., Lehan, P., Ji, Q.X., Yuan, Z. and Bouwmeester, D., 2026. Towards fibre-like loss for photonic integration from violet to near-infrared. Nature, 649(8096), pp.338-344.
