Таласне дужине ласера потребне за многе од најинтригантнијих експеримената данашњице, посебно унутар видљивог опсега, представљају изазов за извор за мала фотонска интегрисана кола (ПИЦ). Али истраживачи фотонике и колеге са америчког Националног института за стандарде и технологију (НИСТ) из Оцтаве Пхотоницс предводе решење овог проблема са приступом таласним дужинама-и такође се баве изазовима да обједине различите фотонске функције како би подржале оптичко пребацивање, рутирање и филтрирање
Један уобичајени приступ данас је да се комбинују различити фотонички материјали како би се покушале омогућити ове различите функције и искористити снаге тамо где постоје, али ниједан материјал не може то да уради уопште у жељеним размерама за нове примене.
„Наш рад је инспирисан узвишеним циљем постизања 'ласера било које таласне дужине', са директном компатибилношћу са постојећим фотонским технологијама,” каже Грант М. Бродник, физичар у НИСТ-овој групи за квантну и нелинеарну нанофотонику. „И демонстрирали смо друге функционалности као што су фреквентни чешљеви и генерисање суперконтинуума, јер их платформа директно подржава. Ове могућности играју кључну улогу у многим важним апликацијама.“
Хвала, нелинеарна оптика
Да би се достигла брзина коју захтевају вештачка интелигенција (АИ) и квантне апликације, прелазак са електрона на фотоне је критичан-а тако и ласери „било које таласне дужине“ на скали чипа.
Кратко објашњење новог приступа тима: Почиње са стандардном силицијумском плочицом обложеном силицијум диоксидом (стаклом) и литијум ниобатом, нелинеарним материјалом који може да промени боју светлости која улази у њега. Додавање метала омогућава да се литијум ниобат електрично укључи-за претварање једне боје светлости у другу. Слични метални-интерфејси литијум ниобата могу да омогуће брзо укључивање/искључивање светла (мислите на-брзо рутирање и обраду података).
Депоновање сложених узорака тантал пентоксида, званог тантала, директно на друго фотонско коло омогућава да разноврсне фотонске платформе раде заједно. Тантала је јак нелинеарни материјал и добро је погодан за рад на видљивој таласној дужини. „Критично је да има привлачна својства материјала (везана за његову производњу) која га чине подложним директној интеграцији са другим фотонским материјалима“, каже Бродник.
Када су истраживачи поставили узорке материјала један на други у 3Д снопу, завршили су са једним чипом који ефикасно усмерава светлост између слојева. Овај чип комбинује танталине способности манипулације светлом са могућношћу контроле литијум ниобата.
Нелинеарна оптика је сада „не-тако-тајни сос“ физика коју користе „да направе потпуно нове боје светлости од једне боје коју смо унели“, објашњава Бродник. „Ако сликате камером, не очекујете да ће се боје слике променити када прођете кроз сочиво. Али са нелинеарним материјалима при великим оптичким снагама које обезбеђују ласери, то се дешава управо оно што се дешава. То је кључна техника за напајање стоних{5}}ласера који данас праве много прилагођених боја. Користимо ове технике-али користимо ове технике{7}}али у оквиру уређаја малих димензија са графичким колом.“
Најсјајнији аспект овог рада за Бродника је да види „нове, често заслепљујуће боје светлости како искачу из наших уређаја од претварања улазног светла (које је невидљиво нашим очима)“, каже он. „У лабораторији, са чипом који се налази на тестној позорници, полако бирамо параметре рада и, бум, живахно плаво-зелено почиње да светли преко чипа. На следећем уређају га чинимо плаво-љубичастим. Осећа се помало као магија.“
Њихов рад „поставља темеље и демонстрира потенцијал платформе“, каже Бродник. „Свакако ћемо радити на оптимизацији перформанси постојећих дизајна, али платформа откључава нове функционалности и дугмад дизајна које смо узбуђени да истражимо.“
Многе апликације које укључују повезивање са атомским прелазима-сматрају да квантно откривање и рачунарство-захтевају светлост на таласним дужинама које обухватају видљиви и блиски{2}}инфрацрвени таласни опсег. „Апликације које треба брзо да усмере и укључе/искључе светло, као што су оптичка обрада података и рачунарство, могу имати користи од платформе, као и коришћењем других физичких функционалности које материјали пружају“, каже Бродник. „Технологија приказа за потрошаче је можда још једна апликација. Постоји много више-оних које свакако нисмо ни смислили, а које сада може да размотри и развије научна заједница.“
Тим има „прегршт узбудљивих фотонских архитектура које су тренутно у фази пројектовања, које захтевају читав низ могућности које подржава наша платформа“, каже Бродник. „Такође смо узбуђени што сарађујемо са колегама и другим истраживачима који су нам доносили нове идеје и апликације које можда нисмо разматрали или им је потребна заједничка стручност да бисмо их пратили. Узбудљива времена.“
