Lazerio bangos ilgiai, reikalingi daugeliui įdomiausių šiandienos eksperimentų, ypač matomo diapazono ribose, yra iššūkis ieškant mažų fotoninių integrinių grandynų (PIC). Tačiau JAV Nacionalinio standartų ir technologijų instituto (NIST) fotonikos mokslininkai ir kolegos iš Octave Photonics imasi šios bangos ilgio prieigos problemos sprendimo{3}}ir taip pat sprendžia iššūkius sujungti skirtingas fotonines funkcijas, kad būtų palaikomas optinis perjungimas, maršruto parinkimas ir filtravimas.
Šiandien vienas įprastas požiūris yra sujungti skirtingas fotonines medžiagas, kad būtų galima įgalinti šias skirtingas funkcijas ir panaudoti stipriąsias puses ten, kur jos yra, tačiau jokia medžiaga negali to padaryti visais masteliais, kurių reikia naujoms programoms.
„Mūsų darbą įkvėpė aukštas tikslas – sukurti „bet kokio bangos ilgio lazerius“, tiesiogiai suderinamus su esamomis fotoninėmis technologijomis“, – sako Grantas M. Brodnikas, NIST kvantinės ir netiesinės nanofotonikos grupės fizikas. "Ir mes pademonstravome kitas funkcijas, tokias kaip dažnių šukos ir superkontinuumo generavimas, nes platforma jas tiesiogiai palaiko. Šios galimybės atlieka pagrindinį vaidmenį daugelyje svarbių programų."
Ačiū, netiesinė optika
Norint pasiekti greitį dirbtinio intelekto (AI) ir kvantinių programų poreikį, labai svarbu pereiti nuo elektronų prie fotonų,{0}}taip pat ir lustų skalės „bet kokio bangos ilgio“ lazeriai.
Trumpas naujojo komandos požiūrio paaiškinimas: jis prasideda standartine silicio plokštele, padengta silicio dioksidu (stiklu) ir ličio niobatu – netiesine medžiaga, kuri gali pakeisti į ją patenkančios šviesos spalvą. Pridėjus metalo, ličio niobatas gali būti surenkamas elektra{1}}, kad vienos spalvos šviesa būtų paversta kitomis. Panašios metalo-ličio niobato sąsajos gali leisti greitai įjungti/išjungti šviesą (pagalvokite apie greitą-maršrutizavimą ir duomenų apdorojimą).
Sudėtingų tantalo pentoksido, dar žinomo kaip tantala, raštų nusodinimas tiesiai ant kitos fotoninės grandinės leidžia įvairiapusėms fotoninėms platformoms veikti kartu. Tantala yra stipri netiesinė medžiaga ir puikiai tinka matomos bangos ilgio veikimui. „Kritiškai jis turi patrauklių medžiagų savybių (susijusių su jo gamyba), todėl ją galima tiesiogiai integruoti su kitomis fotoninėmis medžiagomis“, - sako Brodnikas.
Kai tyrėjai brėžė medžiagas viena ant kitos 3D krūvoje, jie gavo vieną lustą, kuris efektyviai nukreipia šviesą tarp sluoksnių. Šis lustas sujungia tantalos šviesos manipuliavimo galimybes su ličio niobato valdomumu.
Netiesinė optika dabar yra „ne{0}}labai-slapta“ fizika, kurią jie naudoja „iš vienos spalvos, kurią mes įdedame, sukurti visiškai naujas šviesos spalvas“, – aiškina Brodnikas. "Jei fotografuojate fotoaparatu, nesitikite, kad vaizdo spalvos pasikeis, kai praeis pro objektyvą. Tačiau naudojant netiesines medžiagas su didelėmis optinėmis galiomis, kurias suteikia lazeriai, būtent taip ir nutinka. Tai pagrindinė technika, kuria maitinami staliniai{5}}masteliniai lazeriai, kurie šiandien sukuria daug tinkintų spalvų. Mes naudojame šiuos metodus,{7}}tačiau įrenginiuose, kurių fotoninės grandinės dydis yra mažesnis."
Pats šauniausias šio Brodniko darbo aspektas yra tai, kad „pakeitus įvesties šviesą (kuri yra nematoma mūsų akims) iš mūsų įrenginių iškyla naujos, dažnai akinančios šviesos spalvos“, – sako jis. "Laboratorijoje, kai lustas yra bandymo stadijoje, lėtai įjungiame veikimo parametrus ir, bumbai, lustas pradeda švytėti ryškiai mėlynai{1}}žalia spalva. Kitame įrenginyje padarome jį mėlynai-violetu. Tai atrodo kaip magija."
Jų darbas „padeda pamatą ir parodo platformos potencialą“, – sako Brodnikas. „Mes tikrai stengsimės optimizuoti esamų dizainų našumą, tačiau platforma atrakina naujas funkcijas ir dizaino rankenėles, kurias nekantraujame ištirti.
Daugeliui programų, kurios apima sąsają su atominiais perėjimais, -manoma, kad kvantinis jutimas ir skaičiavimas-reikalingi šviesos bangos ilgiai, apimantys matomą ir artimą{2}}infraraudonųjų spindulių bangų juostas. „Programos, kurioms reikia greitai nukreipti ir įjungti / išjungti šviesą, pavyzdžiui, optinis duomenų apdorojimas ir skaičiavimas, taip pat gali gauti naudos iš platformos, nes panaudoja kitas medžiagų teikiamas fizines funkcijas“, – sako Brodnikas. "Vartotojų ekranų technologijos galbūt yra dar viena programa. Yra daug daugiau- tokių, kurių mes net nesugalvojome ir kurias dabar gali apsvarstyti ir plėtoti mokslo bendruomenė."
Komanda turi „keletą įdomių fotoninių architektūrų, kurios šiuo metu yra projektavimo stadijose, kurioms reikia daugybės galimybių, kurias palaiko mūsų platforma“, - sako Brodnikas. "Mes taip pat džiaugiamės galėdami bendradarbiauti su kolegomis ir kitais tyrėjais, kurie mums pateikė naujų idėjų ir programų, kurių galbūt nesvarstėme arba kurių nereikalaujame bendros patirties. Įdomūs laikai."
