Grant: Collaborative Science, Technology and Innovation Program – Ideation Fund

The Ideation Fund is intended to encourage, test and validate transformative research ideas generated by teams of NRC scientific personnel and external collaborators with complementary capabilities, acting as a demonstration phase for a continually-evolving suite of research and development (R&D) deliverables at the NRC. The fund supports exploratory research through two mechanisms: the New Beginnings Initiative and the Small Teams Initiative.

Le Fonds d’idéation vise à encourager, à mettre à l’essai et à valider les idées de recherche transformatrice des équipes scientifiques du CNRC et des collaborateurs externes dotés de capacités complémentaires. Il servira ainsi de plateforme de démonstration d’une série de produits livrables en matière de recherche-développement (R-D) en constante évolution au CNRC. Le Fonds appuie la recherche exploratoire au moyen de deux mécanismes : l’Initiative « Nouveaux débuts » et l’Initiative « Petites équipes ».

Amplification de la lumière, communication quantique et détection quantique sur puce par intégration de la nanophotonique sous-longueur d’onde au nitrure de silicium

Silicon nitride is becoming established as an important nanophotonic platform because of its compatibility with CMOS fabrication and its substantially broader spectral transparency range compared to silicon. Silicon nitride allows CMOS integrated photonics to break into new application areas, in particular sensing in the visible and mid-IR spectral ranges, quantum photonics and nonlinear optics. However, silicon nitride poses some fundamental challenges. The high index contrast, which allows device miniaturization, causes significant optical scattering losses, mode size disparity between optical fiber and on-chip waveguides results in high coupling losses, and fabrication tolerances are tight, making manufacturing yield a major concern. Subwavelength engineering was successfully used to overcome similar challenges in silicon waveguides and the team believes that this strategy can also be advantageously implemented in the silicon nitride platform, which has not yet been done. In this proposed New Beginnings project, the benefits of subwavelength metamaterial engineering for the emerging nitride nanophotonic platform will be demonstrated. This can result in major advances in state-of-the-art silicon nitride integrated devices, including new photonic sensors, next generation quantum communications chips and on-chip optical amplifiers for telecom applications.

Le nitrure de silicium est sur le point de devenir une importante plateforme en nanophotonique en raison de sa compatibilité avec les semi-conducteurs complémentaires à oxyde de métal (CMOS) et parce que sa transparence aux ondes du spectre est nettement supérieure à celle du silicium. Le nitrure de silicium permettra à la photonique intégrée aux CMOS d’effectuer des incursions dans de nouveaux domaines, notamment la détection dans la partie visible du spectre et dans la plage des infrarouges moyens, en photonique quantique et en optique non linéaire. Malheureusement, ce composé soulève des difficultés majeures. La forte différence relative d’indice, qui autorise la miniaturisation du dispositif, entraîne d’importantes pertes optiques par dispersion; la disparité entre le mode et la taille des fibres optiques et des guides d’onde sur puce entraîne des pertes importantes lors du couplage; enfin, les seuils de tolérance sont très minces au niveau de la fabrication, ce qui rend le rendement problématique. On avait recouru avec succès aux techniques infralongueur d’onde pour surmonter des difficultés analogues avec les guides d’onde en silicium et l’on pense que la même stratégie pourrait s’appliquer à la plateforme de nitrure de silicium, mais la chose n’a pas encore été tentée. Ce projet « Nouveaux débuts » illustrera les avantages de la manipulation infralongueur d’onde des métamatériaux pour cette nouvelle plateforme de nanophotonique. Il pourrait s’ensuivre d’importantes avancées dans les dispositifs intégrés de pointe au nitrure de silicium, notamment les nouveaux capteurs photoniques, les puces de communication quantiques de la prochaine génération et les amplificateurs optiques sur puce pour les télécommunications.

In the short term, anticipated outcomes will be strengthened collaborations across industry, academia, and government to support research excellence. In the medium term, anticipated outcomes will be the development of new and potentially disruptive technologies with collaborators.

À court terme, les résultats prévus sont des collaborations renforcées dans l’ensemble de l’industrie, du milieu universitaire et du gouvernement afin d’appuyer l’excellence en recherche. À moyen terme, les résultats prévus sont le développement de technologies potentiellement perturbatrices avec des collaborateurs.

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