Paljude tänapäeva kõige intrigeerivamate katsete jaoks vajalikud laseri lainepikkused, eriti nähtavas vahemikus, on väikeste fotooniliste integraallülituste (PIC) hankimisel väljakutseks. Kuid USA riikliku standardi- ja tehnoloogiainstituudi (NIST) fotoonikauurijad ja kolleegid ettevõttest Octave Photonics juhivad selle lainepikkuse juurdepääsu probleemi lahendust{3}}ning tegelevad ka väljakutsetega ühendada erinevad fotoonilised funktsioonid, et toetada optilist ümberlülitamist, marsruutimist ja filtreerimist.
Tänapäeval on üheks levinud lähenemisviisiks erinevate fotoonikamaterjalide kombineerimine, et püüda võimaldada neid erinevaid funktsioone ja kasutada nende tugevusi, kuid ükski materjal ei suuda seda teha uute rakenduste kasutuselevõtuks vajalikul tasemel.
"Meie töö oli inspireeritud kõrgest eesmärgist saavutada "mis tahes lainepikkusega laserid", mis on otseses ühilduvuses olemasolevate fotooniliste tehnoloogiatega," ütleb Grant M. Brodnik, NISTi kvant- ja mittelineaarse nanofotoonika rühma füüsik. "Ja me demonstreerisime ka muid funktsioone, nagu sageduskammid ja superkontiinumi genereerimine, kuna platvorm toetab neid otse. Need võimalused mängivad paljudes olulistes rakendustes võtmerolli."
Aitäh, mittelineaarne optika
Tehisintellekti (AI) ja kvantrakenduste nõudluse saavutamiseks on ülioluline üleminek elektronidelt footonitele-ja samamoodi on kiibiskaala "mis tahes lainepikkusega" laserid.
Meeskonna uue lähenemisviisi lühike selgitus: see algab standardse räniplaadiga, mis on kaetud ränidioksiidi (klaas) ja liitiumniobaadiga, mittelineaarse materjaliga, mis võib muuta sellesse siseneva valguse värvi. Metalli lisamine võimaldab liitiumniobaadi elektriliselt sisse-valida, et teisendada üks valguse värv teisteks. Sarnased metall-liitiumniobaadi liidesed võimaldavad valguse kiiret sisse/välja lülitamist (mõelge kiirele-marsruutimisele ja andmetöötlusele).
Tantaalpentoksiidi ehk tantala keerukate mustrite paigutamine otse teise fotoonilise vooluringi peale võimaldab mitmekülgsetel fotoonplatvormidel töötada koos. Tantala on tugev mittelineaarne materjal ja sobib hästi nähtava lainepikkusega töötamiseks. "Kriitiliselt on sellel atraktiivsed materjaliomadused (seotud selle valmistamisega), mis muudavad selle sobivaks otseseks integreerimiseks teiste fotooniliste materjalidega, " ütleb Brodnik.
Kui teadlased mustrid materjalid üksteise peale 3D-virna, said nad ühe kiibi, mis suunab tõhusalt valgust kihtide vahele. See kiip ühendab endas tantala valguse manipuleerimise võime liitiumniobaadi juhitavusega.
Mittelineaarne optika on nüüd "mitte{0}}nii-salajane kaste" füüsika, mida nad kasutavad, et "teha ühest värvitoonist täiesti uusi valguse värve," selgitab Brodnik. "Kui teete pilti kaameraga, ei eelda te, et pildi värvid objektiivi läbimisel muutuvad. Kuid laserite suure optilise võimsusega mittelineaarsete materjalidega juhtub just see. See on võtmetehnika, mis toidab laua{5}}skaala lasereid, mis toodavad tänapäeval palju kohandatud värve. Me kasutame neid tehnikaid,{7}}kuid seadmetes on fotooniline vooluring väiksema suurusega."
Selle töö lahedaim aspekt Brodniku jaoks on näha, et "sisendvalguse (mis on meie silmadele nähtamatu) teisendamisel meie seadmetest väljuvad uued, sageli pimestavad valgusvärvid", ütleb ta. "Laboris, kus kiip on katsestaadiumis, valime aeglaselt tööparameetreid ja buum, elav sinine-roheline hakkab kiibil helendama. Järgmises seadmes muudame selle siniseks-violetseks. See tundub nagu võlu."
Nende töö "paneb aluse ja näitab platvormi potentsiaali," ütleb Brodnik. "Kindlasti töötame selle nimel, et optimeerida olemasolevate disainilahenduste jõudlust, kuid platvorm avab uued funktsioonid ja disaininupud, mida oleme põnevil uurimas."
Paljud rakendused, mis hõlmavad liidestamist aatomiüleminekutega,-arvavad kvantandurit ja -arvutamist-, vajavad valgust lainepikkustel, mis katavad nähtava ja lähiinfrapuna--laineala. "Rakendused, mis vajavad valguse kiiret marsruutimist ja sisse- ja väljalülitamist, nagu optiline andmetöötlus ja andmetöötlus, saavad platvormist kasu ka muude materjalide pakutavate füüsikaliste funktsioonide abil," ütleb Brodnik. "Tarbijatele mõeldud kuvatehnoloogia on võib-olla veel üks rakendus. Kindlasti on veel palju selliseid,-millele me pole isegi mõelnud ja mida teadusringkonnad saavad nüüd kaaluda ja edasi arendada."
Brodnik ütleb, et meeskonnal on "käputäis põnevaid fotoonarhitektuure, mis on praegu projekteerimisetapis, mis nõuavad meie platvormi toetatavate võimaluste täielikku hulka. "Samuti on meil hea meel teha koostööd kolleegide ja teiste teadlastega, kes on toonud meile uusi ideid ja rakendusi, mida me võib-olla ei ole kaalunud või mille poole püüdlemiseks on vaja jagatud teadmisi. Põnevad ajad."
