A Won Park professzor csoportja által a Colorado Boulder Egyetemen létrehozott optikai hullámvezető mikrorezonátorok szélesre tárják az ajtót az új chipszenzortechnológiák előtt.
Ezek az apró optikai érzékelők felfogják a fényt a-chipre, és növelik annak intenzitását-és magas-Q faktor és nemlinearitás ideálissá teszi őket olyan alkalmazásokhoz, mint a keskeny{0}}vonalszélességű lézerek stimulált Brillouin- és Raman-szórás révén, frekvenciafésű-generálás vagy kvantuminformáció-feldolgozás.
"A mi esetünkben új anyagokkal,{0}}a kalkogenidekkel szeretnénk felfedezni a nemlineáris optikát, amelyek hosszú hullámhosszú átlátszóságukról, nagy nemlinearitásukról és amorf természetükről ismertek, és amelyek más anyagokkal, például lítium-niobáttal és szilícium-nitriddel integrálhatók" - magyarázza Park elektromérnök professzor.
Euler?
A csoport optikai hullámvezető mikrorezonátor kialakítása az Euler "U" íveken alapul, amelyek lehetővé teszik, hogy a fény körülbelül 3 nanomásodpercig maradjon a mikrorezonátorban (a 3-ns foton élettartama alatt a fény körülbelül fél métert vagy csaknem ezer oda-vissza utat tesz meg). Ez megnöveli az eszközök úthosszát, és lehetővé teszi a nemlineáris optikai kölcsönhatásokat. Lényegében lehetővé teszi a kutatók számára a mikrorezonátorokban rejlő hajlítási veszteség szabályozását, és lehetővé teszi az ultraalacsony{5}veszteségű eszközöket, amelyek hasonlóak a legkorszerűbb-anyagplatformokhoz.
A szimulációk kritikusak voltak annak meghatározásában, hogy a hagyományos rezonátorok miért veszítenek annyi fényt. "A COMSOL Multiphysics segítségével kiszámítottuk az üzemmód-mezőeloszlásokat és elvégeztük az átfedési integrálokat" - mondja Park. "Ez lehetővé tette számunkra, hogy pontosan meghatározzuk az "édes pontot" az egyenes és az ívelt hullámvezető találkozási pontján. FDTD-szimulációkat is alkalmaztunk annak modellezésére, hogyan terjed a fény az Euler-görbékben, így biztosítva, hogy elnyomjuk a magasabb-rendű módú gerjesztést, amely jellemzően sújtja ezeket a kis lábnyomú eszközöket."
A csoport valójában egy másik kísérlethez tervezte a szerkezeteket, és nagyon meglepődve tapasztalta, hogy magas{0}}Q azokat a tényezőket, amelyek azóta megismétlődnek két különböző tisztatérben.
„A mi „aha” pillanatunk az volt, hogy felismerjük, hogy az Euler-görbék{0}}használatával, ahol a görbület lineárisan változik-, lényegében „becsaphatjuk” a fényt, hogy a nagyon szűk kanyarok ellenére az alapmódban maradjon” – mondja Park. "Hihetetlenül kifizetődő volt látni, hogy kísérleti eredményeink megegyeznek a 4,55 × 10-es elméleti belső minőségi tényezővel6. A kalkogenid PIC-k esetében jelentett legmagasabb nemlineáris érdemi érték elérése az első helyen áll."
Litográfiai kihívás
Ahhoz, hogy idáig eljuthasson, a csoportnak először egy elektronsugaras litográfiai mintázó eljárást kellett kidolgoznia az anyagához, mivel a hagyományos, fotonokat használó litográfiát a fény hullámhossza korlátozza.
A fő akadály? Anyagérzékenység. "A kalkogenidek felületi oxidációtól és szennyeződésekkel kapcsolatos abszorpciótól{1}} szenvedhetnek" - mondja Park. "Két végzős hallgató, Bright Lu és James Erikson által vezetett erőfeszítés során 250 fokos vákuumos izzítási eljárást alkalmaztunk az anyag homogenitásának javítása és a felületi érdesség csökkentése érdekében. A bór-trikloridot (BCl) is pontosan kalibrálnunk kellett.3) és argon (Ar) gázkeverék az induktív csatolású plazma reaktív ion marás (ICP RIE) során a sima oldalfalak biztosítása érdekében, ami létfontosságú az „ultrahigh{0}}” megőrzéséhez.Q"teljesítmény."
„Svájci kés” PIC-k számára
Ezek a rezonátorok hasonlítanak "a svájci késekhez a PIC-k számára" - mondja Park. "A magas miatt-Qfaktor és nemlinearitás miatt tökéletesek a legkülönfélébb alkalmazásokhoz, például keskeny{0}}vonalszélességű lézerekhez a stimulált Brillouin- és Raman-szórás révén, frekvenciafésű-generálás a metrológia és távközlés számára, vagy a kvantuminformáció-feldolgozás, ahol a chipkomponensek alacsony-vesztesége nem alkuképes."
Most, hogy a Park csoportja bebizonyította a platform alacsony -veszteségi képességét (0,43 dB/m abszorpciós veszteség), a veszteség végső határa felé tartanak. „Tovább bővítjük a hullámvezetőket is, hogy az „anyagi-korlátozott” teljesítmény felé mozduljunk el, ami potenciálisan megnövelhetiQ-a tényezők még magasabbak, és még hatékonyabb nemlineáris interakciókat tesznek lehetővé" - mondja.
TOVÁBBI OLVASÁS
