Colorado Boulderi ülikooli professor Won Parki töörühma loodud optilised lainejuhi mikroresonaatorid avavad ukse uutele on{0}}kiibisensorite tehnoloogiatele.
Need pisikesed optilised andurid püüavad valguse-kiibile ja suurendavad selle intensiivsust-ja kõrget-Q tegur ja mittelineaarsus muudavad need ideaalseks selliste rakenduste jaoks nagu kitsa{0}}joonelaiusega laserid stimuleeritud Brillouini ja Ramani hajumise, sageduskammi genereerimise või kvantteabe töötlemise kaudu.
"Oleme huvitatud mittelineaarse optika uurimisest uute materjalidega,{0}}meie puhul on kalkogeniidid, mis on tuntud oma pika lainepikkuse läbipaistvuse, suure mittelineaarsuse ja amorfse olemuse poolest, millel on integreerimisvõimalused teiste materjalidega, nagu liitiumniobaat ja räninitriid," selgitab Park, elektrotehnika professor.
Euler?
Grupi optilise lainejuhi mikroresonaatori disain põhineb Euleri "U" painutustel, mis võimaldavad valgusel püsida mikroresonaatori sees umbes 3 nanosekundit (fotoni 3-ns eluea jooksul liigub valgus umbes pool meetrit või peaaegu tuhat edasi-tagasi). See suurendab seadmete teepikkust ja võimaldab mittelineaarset optilist interaktsiooni. Põhimõtteliselt annab see teadlastele kontrolli mikroresonaatoritele omase paindekadu üle ja võimaldab ülimadala-kaoga seadmeid, mis on sarnased muude tipptasemel materjalide platvormidega-.
Simulatsioonid olid kriitilised, et teha kindlaks, miks traditsioonilised resonaatorid nii palju valgust kaotavad. "Kasutasime režiimiväljade jaotuste arvutamiseks ja kattuvate integraalide tegemiseks COMSOL Multiphysicsit, " ütleb Park. "See võimaldas meil täpselt määrata "armsa koha" ristmikul, kus sirged ja kõverad lainejuhid kohtuvad. Samuti kasutasime FDTD simulatsioone, et modelleerida, kuidas valgus levib läbi Euleri kõverate, et tagada, et suudaksime maha suruda kõrgema-järgu režiimi ergastuse, mis tavaliselt vaevab neid väikeseid{4}} jalajäljega seadmeid."
Rühm kavandas struktuurid teise katse jaoks ja oli väga üllatunud, kui avastas kõrge-Q tegurid, mida nad on pärast seda korranud kahes erinevas puhasruumis.
"Meie "aha" hetk oli mõistmine, et kasutades Euleri kõveraid,{0}}kus kõverus muutub lineaarselt-, võime põhimõtteliselt "petta" valgust nii, et see jääks vaatamata väga kitsastele kurvidele põhirežiimile," ütleb Park. "Oli uskumatult rahuldust pakkuv näha, et meie katsetulemused ühtisid teoreetilise sisemise kvaliteediteguriga 4,55 × 106. Kalkogeniidi PIC-de kõrgeima mittelineaarse teenete arvu saavutamine on parim.
Litograafia väljakutse
Sinna jõudmiseks pidi rühm esmalt oma materjali jaoks välja töötama elektronkiirega litograafilise mustriprotsessi, sest traditsiooniline footoneid kasutav litograafia on piiratud valguse lainepikkusega.
Peamine takistus? Materjali tundlikkus. "Kalkogeniidid võivad kannatada pinna oksüdeerumise ja lisanditega seotud -neeldumise tõttu," ütleb Park. "Kahe kraadiõppuri, Bright Lu ja James Eriksoni juhitud jõupingutustes saime sellest üle, kasutades materjali homogeensuse parandamiseks ja pinna kareduse vähendamiseks 250-kraadist vaakumniilimisprotsessi. Samuti pidime täpselt kalibreerima oma boortrikloriidi (BCl).3) ja argooni (Ar) gaasisegu induktiivsidestatud plasmareaktiivse iooni söövitamise (ICP RIE) käigus, et tagada siledad külgseinad, mis on ülimalt kõrge{0}}Q"etendus."
"Šveitsi armee nuga" PIC-idele
Need resonaatorid on sarnased "Šveitsi armee noaga PIC-ide jaoks", ütleb Park. "Kõrge-Qteguri ja mittelineaarsuse tõttu sobivad need suurepäraselt mitmesuguste rakenduste jaoks, nagu kitsa{0}}joonelaiusega laserid stimuleeritud Brillouini ja Ramani hajumise kaudu, sageduskammi genereerimine metroloogia ja telekommunikatsiooni jaoks või kvantteabe töötlemine, kus kiibi komponentide väike-kadu{2}} ei ole kaubeldav.
Nüüd, kui Parki grupp on tõestanud platvormi madalat -kaduvõimet (0,43 dB/m neeldumiskadu), vaatavad nad lõplikku kadude piiri. "Samuti laiendame lainejuhte veelgi, et liikuda "materiaalse -piiratud" jõudluse poole, mis võib potentsiaalselt meieQ-tegurid veelgi suuremad ja võimaldavad veelgi tõhusamat mittelineaarset interaktsiooni,“ ütleb ta.
EDASI LUGEMIST
