Polski projekt chce otworzyć fotonice niebieskie okno

Choć krzem i arsenek galu od lat pozostają podstawowymi materiałami współczesnej mikroelektroniki i fotoniki, coraz większą uwagę badaczy przyciąga azotek galu (GaN). To właśnie on otwiera drogę do nowej generacji zintegrowanych układów optoelektronicznych pracujących w zakresie niebieskiego i zielonego światła.

Ponad 2,5 mln PLN z Narodowego Centrum Nauki otrzymał projekt MLASPIC, wyłoniony do finansowania w konkursie SONATA 21. Przedsięwzięcie realizują wspólnie Instytut Wysokich Ciśnień PAN oraz Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki.

Jeden układ zamiast dwóch elementów

Celem projektu jest zintegrowanie na jednym chipie diody laserowej oraz półprzewodnikowego wzmacniacza optycznego (SOA – Semiconductor Optical Amplifier). Tego typu monolityczne układy fotoniczne mogłyby znacząco zmniejszyć rozmiary przyszłych urządzeń optoelektronicznych, jednocześnie poprawiając ich stabilność oraz parametry pracy.

Zadanie nie jest jednak proste. Laser i wzmacniacz działają przy różnych gęstościach prądu, co w strukturach opartych na azotku galu prowadzi do naturalnego przesunięcia długości emitowanej fali. W praktyce oznacza to, że oba elementy nie pracują w tym samym punkcie emisji, co utrudnia ich integrację.

Badacze zamierzają rozwiązać ten problem dzięki technologii przestrzennej zmiany dezorientacji podłoża. Pozwala ona lokalnie kontrolować ilość indu w studniach kwantowych, dzięki czemu możliwe będzie dopasowanie charakterystyki obu elementów mimo ich odmiennych warunków pracy.

Istotnym elementem projektu będzie również opracowanie częściowej izolacji optycznej pomiędzy laserem a wzmacniaczem. W tym celu wykorzystane zostaną wysokoodbiciowe siatki Bragga, których wykonanie wymaga ultraprecyzyjnej litografii oraz zaawansowanych procesów wytrawiania.

Za ten etap odpowiada Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki, dysponujący kompetencjami niezbędnymi do wytwarzania tego typu struktur.

Opracowywana technologia może znaleźć zastosowanie w kilku szybko rozwijających się obszarach.

Jednym z nich są podwodne systemy LiDAR. Światło niebieskie znacznie lepiej propaguje się w wodzie niż fale o dłuższych długościach, co pozwala budować kompaktowe systemy obrazowania dna morskiego o mocy przekraczającej 100 mW.

Drugim kierunkiem jest telekomunikacja światłowodowa. Wykorzystanie niebiesko-zielonych długości fal obok stosowanej obecnie podczerwieni mogłoby zwiększyć przepustowość istniejących sieci bez konieczności budowy nowej infrastruktury.

Technologia może również znaleźć zastosowanie w optycznych zegarach atomowych, które odgrywają coraz większą rolę w precyzyjnej nawigacji, geodezji oraz systemach wykorzystywanych do poszukiwania surowców.

Polska współpraca nad nową generacją układów fotonicznych

Kierownikiem projektu MLASPIC jest dr inż. Szymon Stańczyk z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN. Za realizację prac po stronie Łukasiewicz – IMiF odpowiada dr Artur Trajnerowicz wraz z zespołem.

Zdaniem partnerów projektu powodzenie przedsięwzięcia może przyspieszyć przejście od budowy systemów opartych na oddzielnych komponentach do w pełni zintegrowanych układów fotonicznych (PIC). Taka integracja oznacza nie tylko mniejsze rozmiary urządzeń, ale również większą niezawodność, wyższą sprawność oraz możliwość tworzenia nowych klas systemów optoelektronicznych dla telekomunikacji, przemysłu i zastosowań badawczych.

„W projekcie łączymy kompetencje i doświadczenie partnerów, aby przełamać jedną z kluczowych barier technologicznych w rozwoju zintegrowanych aktywnych układów optycznych. Sukces przedsięwzięcia może przyspieszyć przejście od budowania systemów z oddzielnych, dużych komponentów do kompleksowych zintegrowanych układów fotonicznych (PICs) na jednym podłożu. Pozwoli to na budowę urządzeń optoelektronicznych, które będą mniejsze, bardziej stabilne i wydajne”.

Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 24 września 2026. Zapisz się tutaj!