Optiniai bangolaidžio mikrorezonatoriai, sukurti profesoriaus Won Park grupės Kolorado Boulderio universitete, atveria duris naujoms lustų jutiklių technologijoms.
Šie maži optiniai jutikliai sulaiko šviesą-luste ir padidina jos intensyvumą-ir aukštą-Q Dėl faktoriaus ir netiesiškumo jie idealiai tinka naudoti, pvz., siauro{0}}linijos pločio lazeriams, naudojant stimuliuojamą Brillouin ir Ramano sklaidą, dažnių šukų generavimui arba kvantinės informacijos apdorojimui.
„Mums įdomu tyrinėti netiesinę optiką naudojant naujas medžiagas,{0}}mūsų atveju – chalkogenidus, kurie žinomi dėl savo ilgo bangos ilgio skaidrumo, didelio netiesiškumo ir amorfinės prigimties, galinčios integruotis su kitomis medžiagomis, pvz., ličio niobatu ir silicio nitridu“, – aiškina Elektros inžinerijos profesorius Parkas.
Euleris?
Grupės optinio bangolaidžio mikrorezonatoriaus konstrukcija pagrįsta Eulerio „U“ posūkiais, kurie leidžia šviesai išlikti mikrorezonatoriaus viduje maždaug 3 nanosekundes (per 3-ns fotono gyvavimo laiką šviesa nuskrieja apie pusę metro arba beveik tūkstantį kelionių pirmyn ir atgal). Tai padidina įrenginių kelio ilgį ir įgalina netiesinę optinę sąveiką. Tai iš esmės suteikia tyrėjams galimybę valdyti mikrorezonatoriams būdingus lenkimo nuostolius ir leidžia itin mažo{5}praradimo įrenginius, panašius į kitas naujausių medžiagų platformas.
Modeliavimas buvo labai svarbus siekiant nustatyti, kodėl tradiciniai rezonatoriai praranda tiek daug šviesos. „Mes naudojome COMSOL Multiphysics, norėdami apskaičiuoti režimo lauko pasiskirstymą ir atlikti sutapimo integralus“, - sako Parkas. "Tai leido mums tiksliai nustatyti" mielą vietą" tiesių ir lenktų bangolaidžių susikirtimo vietoje. Taip pat naudojome FDTD modeliavimą, kad modeliuotume, kaip šviesa sklinda per Eilerio kreives, siekdami užtikrinti, kad galėtume slopinti aukštesnės-tvarkės režimo sužadinimą, kuris paprastai kenkia šiems mažiems{4}} pėdsakų įrenginiams."
Grupė iš tikrųjų sukūrė struktūras kitam eksperimentui ir labai nustebo, kai atrado aukštą-Q veiksniai, kurie nuo tada kartojosi dviejose skirtingose švariose patalpose.
„Mūsų „aha“ akimirka buvo supratimas, kad naudodami Eilerio kreives,{0}}kur kreivė kinta tiesiškai-, galime iš esmės „apgauti“ šviesą, kad ji liktų pagrindiniame režime, nepaisant labai siaurų posūkių“, – sako Parkas. „Buvo nepaprastai malonu matyti, kad mūsų eksperimentiniai rezultatai atitiko teorinį 4,55 × 10 vidinės kokybės koeficientą6. Pasiekti aukščiausią netiesinį chalkogenido PIC nuopelnų skaičių yra svarbiausia.
Litografijos iššūkis
Norėdami ten patekti, grupė pirmiausia turėjo sukurti savo medžiagos elektronų pluošto litografijos modeliavimo procesą, nes tradicinę litografiją, kurioje naudojami fotonai, riboja šviesos bangos ilgis.
Pagrindinė kliūtis? Medžiagų jautrumas. „Calkogenidai gali nukentėti nuo paviršiaus oksidacijos ir su priemaišomis susijusios absorbcijos“, – sako Parkas. "Dviejų magistrantūros studentų, Bright Lu ir James Erikson, pastangomis tai įveikėme naudodami vakuuminį atkaitinimo procesą 250 laipsnių kampu, kad pagerintume medžiagos homogeniškumą ir sumažintume paviršiaus šiurkštumą. Taip pat reikėjo tiksliai kalibruoti boro trichloridą (BCl).3) ir argono (Ar) dujų mišinio indukcinio susieto plazmos reaktyviųjų jonų ėsdinimo (ICP RIE) metu, kad būtų užtikrintos lygios šoninės sienelės, o tai labai svarbu norint išlaikyti itin aukštą{0}}Q"spektaklį".
„Šveicarijos armijos peilis“, skirtas PIC
Šie rezonatoriai yra panašūs į „Šveicarijos armijos peilį, skirtą PIC“, sako Parkas. „Dėl didelio-Qfaktorius ir netiesiškumas, jie puikiai tinka įvairioms reikmėms, pvz., siauro{0}}linijos pločio lazeriams, naudojant stimuliuojamą Brillouin ir Ramano sklaidą, dažnių šukų generavimui metrologijos ir telekomunikacijų reikmėms arba kvantinės informacijos apdorojimui, kai dėl mažo-nuostolio-lusto komponentuose negalima derėtis.
Dabar, kai Parko grupė įrodė, kad platforma turi mažus{0}}nuostolius (0,43 dB/m sugerties nuostoliai), jie siekia didžiausios nuostolių ribos. „Mes taip pat toliau plečiame bangolaidžius, siekdami pereiti prie „medžiaginio-riboto“ našumo, o tai gali paskatinti mūsųQ-veiksniai dar didesni ir įgalina dar efektyvesnę netiesinę sąveiką“, – sako jis.
TOLIAU SKAITYTI
