Optični valovodni mikroresonatorji, ki jih je ustvarila skupina profesorja Wona Parka na univerzi Colorado Boulder, na stežaj odpirajo vrata novim-tehnologijam senzorjev na čipu.
Ti majhni optični senzorji ujamejo svetlobo na-čip in povečajo njeno intenzivnost-in njihovo visoko-Q zaradi faktorja in nelinearnosti so idealni za aplikacije, kot so laserji z ozko{0}}črtno širino prek stimuliranega Brillouinovega in Ramanovega sipanja, ustvarjanja frekvenčnega glavnika ali kvantne obdelave informacij.
»Zanima nas raziskovanje nelinearne optike z novimi materiali-v našem primeru halkogenidi, ki so znani po svoji prosojnosti z dolgimi valovnimi dolžinami, visoki nelinearnosti in amorfni naravi, ki imajo možnosti integracije z drugimi materiali, kot sta litijev niobat in silicijev nitrid,« pojasnjuje Park, profesor elektrotehnike.
Euler?
Zasnova mikroresonatorja z optičnim valovodom skupine temelji na Eulerjevih "U" zavojih, ki omogočajo, da svetloba ostane v mikroresonatorju približno 3 nanosekunde (med življenjsko dobo fotona 3-ns svetloba potuje približno pol metra ali skoraj tisoč povratnih potovanj). To poveča dolžino poti naprav in omogoči nelinearne optične interakcije. Raziskovalcem v bistvu daje nadzor nad izgubo zaradi upogiba, ki je neločljivo povezana z mikroresonatorji, in omogoča naprave z ultranizkimi-izgubami, podobne drugim-na-platformam materialov.
Simulacije so bile ključne za ugotovitev, zakaj tradicionalni resonatorji izgubijo toliko svetlobe. »Uporabili smo COMSOL Multiphysics za izračun distribucij polja mod in izvedbo integralov prekrivanja,« pravi Park. "To nam je omogočilo, da natančno določimo 'sladko točko' na stičišču, kjer se stikata ravni in ukrivljeni valovod. Uporabili smo tudi simulacije FDTD za modeliranje, kako se svetloba širi skozi Eulerjeve krivulje, da bi zagotovili, da lahko zatremo vzbujanje načina višjega-reda, ki običajno pesti te naprave z majhnim-odtisom."
Skupina je dejansko oblikovala strukture za drug poskus in bila zelo presenečena, ko je odkrila visoko-Q dejavnike, ki so jih od takrat ponavljali v dveh različnih čistih sobah.
»Naš 'aha' trenutek je bilo spoznanje, da lahko z uporabo Eulerjevih krivulj-kjer se ukrivljenost spreminja linearno-v bistvu 'prevaramo' svetlobo, da kljub zelo tesnim ovinkom ostane v osnovnem načinu,« pravi Park. "Neverjetno nagrajujoče je bilo videti, da se naši eksperimentalni rezultati ujemajo s teoretičnim intrinzičnim faktorjem kakovosti 4,55 × 106. Doseganje najvišje nelinearne vrednosti, o kateri so poročali za halkogenidne PIC, je češnja na vrhu."
Litografski izziv
Da bi prišla tja, je morala skupina najprej razviti postopek litografskega vzorčenja z elektronskim žarkom za svoj material, ker je tradicionalna litografija, ki uporablja fotone, omejena z valovno dolžino svetlobe.
Glavna ovira? Občutljivost materiala. »Halkogenidi lahko trpijo zaradi površinske oksidacije in-z nečistočami povezane absorpcije,« pravi Park. "V prizadevanju, ki sta ga vodila dva podiplomska študenta, Bright Lu in James Erikson, smo to premagali z uporabo postopka vakuumskega žarjenja pri 250 stopinjah za izboljšanje homogenosti materiala in zmanjšanje hrapavosti površine. Prav tako smo morali natančno umeriti naš borov triklorid (BCl3) in plinske mešanice argona (Ar) med jedkanjem z reaktivnimi ioni z induktivno sklopljeno plazmo (ICP RIE), da se zagotovijo gladke stranske stene, kar je bistvenega pomena za vzdrževanje »ultravisoke-Q'uspešnost."
'Švicarski nož' za slike
Ti resonatorji so podobni "švicarskemu nožu za PIC", pravi Park. »Zaradi visokega-Qfaktor in nelinearnost, so kot nalašč za široko paleto aplikacij, kot so laserji z ozko-linijo širine prek stimuliranega Brillouinovega in Ramanovega sipanja, ustvarjanje frekvenčnega glavnika za meroslovje in telekomunikacije ali kvantna obdelava informacij, kjer nizke-izgube na-komponentah čipa niso predmet pogajanj."
Zdaj, ko je Parkova skupina dokazala nizke-zmožnosti izgube platforme (0,43 dB/m absorpcijske izgube), iščejo končno mejo izgube. »Prav tako dodatno širimo valovode, da bi se pomaknili proti zmogljivosti z »-omejenim materialom«, kar bi lahko spodbudilo našeQ-dejavniki še višji in omogočajo še učinkovitejše nelinearne interakcije,« pravi.
NADALJNJE BRANJE
