Мировая премьера: Kyocera и Университет Тохоку разработали технологию интеграции оптических изоляторов непосредственно на кремниево-фотонные чипы*1 | Новости | Пресс-центр

Корпорация Kyocera (президент: Сиро Сакусима; далее — Kyocera) и Научно-исследовательский институт электрической связи (RIEC) Университета Тохоку (директор: Кадкуси Исияма; далее — Университет Тохоку) разработали новую технологию* интеграции оптических изоляторов на кремниевые фотонные чипы с использованием «лазерного отжига» — локализованного метода термообработки на основе лазера.

Оптический изолятор представляет собой компонент, который стабилизирует оптическую связь, разрешая передачу оптических сигналов только в одном направлении и уменьшая отражение сигнала.

Статья, обобщающая эти результаты, была опубликована 2 сентября 2026 года в академическом журнале «IEEE Access», издаваемом Институтом инженеров электротехники и электроники (IEEE).

*1 Относительно технологии интеграции оптического изолятора в кремниево-фотонную схему с использованием метода лазерного отжига; по данным исследования Kyocera на июль 2026 года.

Микроскопическое изображение оптического изолятора, изготовленного и интегрированного в кремниево-фотонную схему методом лазерного отжига

■ Предыстория разработки

Поскольку генеративный ИИ и связанные с ним технологии предъявляют беспрецедентные требования к глобальным сетям передачи данных, кремниевая фотоника предлагает решение для создания более быстрых и энергоэффективных дата-центров. Расширение сферы применения кремниевой фотоники стимулирует спрос на технологии, обеспечивающие совместную компоновку оптических элементов (Co-Packaged Optics, CPO), которые объединяют оптические и электронные схемы в одном полупроводниковом корпусе для минимизации путей прохождения сигналов, потерь сигнала и энергопотребления.

В оптических схемах свет, отраженный обратно в лазерный источник света, ухудшает производительность. Эту проблему позволяют решить оптические изоляторы, которые подавляют отраженный свет. Следующее поколение компактных интегрированных оптических схем, включающих технологию CPO, потребует создания оптических изоляторов, которые можно изготавливать непосредственно на кремниевых фотонных чипах.

В оптических изоляторах обычно используется кристаллический материал, известный как «магнитооптический гранат». Для выполнения функций оптического изолятора этот материал требует термообработки при температуре примерно 600°C или выше. Однако нагрев всего кремниевого фотонного чипа до такой температуры может повредить электроды, проводку и другие элементы на чипе. Поиск способа избирательной термообработки только магнитооптического граната без перегрева других областей чипа оставался серьезной задачей.

Чтобы решить эту проблему, Kyocera и Университет Тохоку разработали технологию монолитной интеграции, которая позволяет напрямую изготавливать оптические изоляторы на кремниевых фотонных чипах с помощью процесса «лазерного отжига», при котором лазерный луч локально воздействует на области чипа, требующие термообработки. Kyocera и Университет Тохоку продемонстрировали работу этого устройства.

*2 Кремниевая фотоника: Технология формирования оптических схем на кремнии, полупроводниковом материале, и использования оптических сигналов вместо электрических для передачи и обработки информации.*3 Технология монолитной интеграции: Технология, которая объединяет несколько функциональных элементов на одной подложке.

■ Особенности

1) Локализованный лазерный нагрев обеспечивает термообработку магнитооптического граната без повреждения кремниевого фотонного чипа

Ближний инфракрасный лазерный луч воздействует только на область схемы оптического изолятора размером примерно 700x700 микрон (мкм), где была нанесена пленка магнитооптического граната, заставляя ее кристаллизоваться со свойствами, необходимыми для подавления отраженного света. В отличие от традиционных методов, при которых весь чип нагревается в печи, этот подход практически исключает тепловое воздействие на окружающие оптические схемы и электроды.

Особенности разработанной технологии (лазерного отжига)

2) Испытание оптического изолятора на кремниевом фотонном чипе

Используя эту технологию, исследовательская группа изготовила устройство со структурой, использующей интерференцию света, и экспериментально продемонстрировала его работу в качестве оптического изолятора. В ходе эксперимента группа сравнила оптическую выходную мощность, соответствующую полезному свету (прямому распространению), с мощностью, соответствующей обратному отраженному свету (обратному распространению). Результаты подтвердили коэффициент изоляции 13.6 дБ в диапазоне длин волн оптической связи, что снижает уровень обратно отраженного света примерно на 95%. Электронная микроскопия также подтвердила, что магнитооптический гранат в зоне лазерного облучения хорошо кристаллизовался на кремниевом волноводе.

Результаты испытаний оптического изолятора

■ Дальнейшее развитие

Kyocera и Университет Тохоку ранее совместно работали над разработкой смежных технологий оптических изоляторов, которые могут быть интегрированы в оптические схемы. Для коммерциализации этих технологий обе организации стремятся достичь еще меньших потерь, более высокой эффективности и улучшенной производительности для серийного производства. Они продолжат развивать сотрудничество и вносить свой вклад в развитие эффективного и устойчивого информационного общества.

*4 Результат предыдущего совместного исследования (T. Sugita et al., "Nanocomposite Garnet-Enabled Monolithically Integrated Magneto-Optical Isolator Using an Asymmetric Mach-Zehnder Interferometer," ACS Appl. Opt. Mater., vol. 4, no. 6, pp. 1813-1820, Jun. 2026, doi: 10.1021/acsaom.6c00176).

■ Информация о статье

Журнал: IEEE AccessНазвание: Monolithic Magneto-Optical Mach-Zehnder Isolator Using Laser-Annealed Iron Garnet on a Silicon WaveguideАвторы: Tomoya Sugita, Reona Motoji, Yuki Yoshihara, Dan Maeda, Hiroki Yamamoto, Hibiki Miyashita, Kazushi Ishiyama, Taichi GotoDOI: 10.1109/ACCESS.2026.3729586 （https://doi.org/10.1109/ACCESS.2026.3729586）

• IEEE является зарегистрированным товарным знаком Института инженеров электротехники и электроники, Инкорпорейтед.

Данный пресс-релиз предназначен для СМИ и актуален на дату публикации. Информация может быть изменена без предварительного уведомления.