Микрорезонатори са оптичким таласоводима које је направила група професора Вона Парка на Универзитету Колорадо Боулдер широм отварају врата новим{0}}технологијама сензора на чипу.
Ови сићушни оптички сензори хватају светлост на-чипу и јачају његов интензитет-и њихов висок-Q фактор и нелинеарност чине их идеалним за апликације као што су ласери уске{0}}лине ширине путем стимулисаног Брилуиног и Рамановог расејања, генерисања фреквентног чешља или квантне обраде информација.
„Заинтересовани смо за истраживање нелинеарне оптике помоћу нових материјала-у нашем случају, халкогенида, који су познати по својој дуготаласној транспарентности, високој нелинеарности и аморфној природи који имају могућности интеграције са другим материјалима као што су литијум ниобат и силицијум нитрид“, објашњава Парк, професор електротехнике.
Еулер?
Групни дизајн микрорезонатора оптичког таласовода је заснован на Ојлеровим „У“ кривинама, које омогућавају светлости да остане унутар микрорезонатора око 3 наносекунде (током животног века фотона од 3-нс, светлост путује око пола метра или скоро хиљаду повратних путовања). Ово повећава дужину путање уређаја и омогућава нелинеарне оптичке интеракције. То у суштини даје истраживачима контролу над губицима при савијању својственим микрорезонаторима и омогућава уређаје са ултра малим{5}}губицима сличним другим-најсавременијим{7}}платформама материјала.
Симулације су биле кључне да би се утврдило зашто традиционални резонатори губе толико светлости. „Користили смо ЦОМСОЛ Мултипхисицс за израчунавање дистрибуције поља модова и извођење интеграла преклапања“, каже Парк. „Ово нам је омогућило да прецизно одредимо 'слатку тачку' на споју где се спајају прави и закривљени таласоводи. Такође смо користили ФДТД симулације да моделујемо како се светлост простире кроз Ојлерове криве да бисмо осигурали да можемо да потиснемо побуду вишег-реда која обично погађа ове уређаје малог{4}}отиска."
Група је заправо дизајнирала структуре за још један експеримент и била је веома изненађена када је открила висок-Q фактори које су од тада понављали у две различите чисте собе.
„Наш „аха“ тренутак је био да смо схватили да коришћењем Ојлерових кривих-где се закривљеност мења линеарно-могли бисмо у суштини да „преваримо“ светло да остане у основном режиму упркос веома уским кривинама“, каже Парк. „Било је невероватно корисно видети наше експерименталне резултате како се поклапају са теоријским суштинским фактором квалитета од 4,55 × 106. Постизање највеће нелинеарне бројке заслуга пријављених за халкогенидне ПИЦ-ове је трешња на врху."
Литографски изазов
Да би стигла тамо, група је прво морала да развије процес литографског узорковања електронским снопом за свој материјал, јер је традиционална литографија која користи фотоне ограничена таласном дужином светлости.
Главна препрека? Осетљивост материјала. „Халкогениди могу да пате од површинске оксидације и апсорпције{1}}повезане са нечистоћама“, каже Парк. „У настојању које су предводила два дипломирана студента, Брајт Лу и Џејмс Ериксон, превазишли смо ово коришћењем процеса вакуумског жарења на 250 степени да бисмо побољшали хомогеност материјала и смањили храпавост површине. Такође смо морали да прецизно калибришемо наш бор трихлорид (БЦл3) и мешавине гаса аргона (Ар) током индуктивно спрегнутог плазма реактивног јонског јеткања (ИЦП РИЕ) како би се обезбедиле глатке бочне зидове, што је од виталног значаја за одржавање „ултрависоког{0}}Q'изведба."
'Швајцарски војни нож' за ПИЦ-ове
Ови резонатори су слични „швајцарском ножу за ПИЦ“, каже Парк. „Због високог-Qфактора и нелинеарности, савршени су за широк спектар примена као што су ласери са уским-ласерима преко стимулисаног Брилуиног и Рамановог расејања, генерисање фреквентног чешља за метрологију и телекомуникације или квантна обрада информација где се не може преговарати о ниским-губитцима на-компонентама чипа.“
Сада када је Паркова група доказала да платформа има ниске{0}}могућности губитака (губитак апсорпције од 0,43 дБ/м), гледају на крајњу границу губитка. „Такође даље проширујемо таласоводе да бисмо се померили ка 'материјал-ограниченим' перформансама, што би потенцијално могло да подстакне нашеQ-фактори су још већи и омогућавају још ефикасније нелинеарне интеракције“, каже он.
ДАЉЕ ЧИТАЊЕ
