Mikroresonaturi tal-gwida tal-mewġ ottiċi maħluqa mill-grupp tal-Professur Won Park fl-Università ta 'Colorado Boulder qed jagħtu bidu għal teknoloġiji ġodda fuq-sensorju taċ-ċippa miftuħa beraħ.
Dawn is-sensuri ottiċi ċkejkna jaqbdu d-dawl fuq-ċippa u jibnu l-intensità tiegħu-u l-għoli tagħhom-Q fattur u nonlinearity jagħmluhom ideali għal applikazzjonijiet bħal lejżers tal-wisa' tal-linja-dejqa permezz ta' tifrix stimulat Brillouin u Raman, ġenerazzjoni ta' moxt tal-frekwenza, jew ipproċessar ta' informazzjoni kwantistika.
"Aħna interessati li nesploraw ottika mhux lineari b'materjali ġodda-fil-każ tagħna, chalcogenides, li huma magħrufa għat-trasparenza fit-tul ta 'mewġ tagħhom, in-nuqqas ta' linearità għolja, u n-natura amorfa li għandhom possibbiltajiet ta 'integrazzjoni ma' materjali oħra bħal nijobat tal-litju u nitrur tas-silikon," jispjega Park, professur tal-inġinerija elettrika.
Euler?
Id-disinn tal-mikroresonator waveguide ottiku tal-grupp huwa bbażat fuq liwjiet Euler "U", li jippermettu li d-dawl jibqa 'ġewwa l-mikroresonatur għal madwar 3 nanosekondi (matul il-ħajja tal-foton ta' 3-ns, id-dawl jivvjaġġa madwar nofs metru jew kważi elf vjaġġ bir-ritorn). Dan iżid it-tul tal-mogħdija tal-apparati u jippermetti interazzjonijiet ottiċi mhux lineari. Essenzjalment tagħti lir-riċerkaturi kontroll tat-telf tal-liwja inerenti fil-mikroresonaturi u tippermetti apparati ta' telf-ultralow simili għal pjattaformi oħra tal--ta'-materjali tal-aħħar teknoloġija.
Is-simulazzjonijiet kienu kritiċi biex jiġi identifikat għaliex ir-reżonaturi tradizzjonali jitilfu tant dawl. "Użajna COMSOL Multiphysics biex nikkalkulaw id-distribuzzjonijiet tal-kamp tal-modalità u nwettqu integrali ta 'koinċidenza," tgħid Park. "Dan ippermetta li nsibu 'sweet spot' fil-junction fejn jiltaqgħu l-waveguides dritti u mgħawġa. Aħna użajna wkoll simulazzjonijiet FDTD biex jimmudellaw kif id-dawl jippropaga permezz tal-kurvi ta 'Euler biex niżguraw li nistgħu nrażżnu l-eċitazzjoni tal-modalità ta' ordni ogħla-li tipikament jolqtu dawn l-apparati tal-footprint żgħar -."
Il-grupp fil-fatt iddisinja l-istrutturi għal esperiment ieħor u kien sorpriż ħafna meta skopra għolja-Q fatturi li ħadthom minn dak iż-żmien irripetuti f'żewġ cleanrooms differenti.
"Il-mument 'aha' tagħna kien qed nirrealizza li billi nużaw il-kurvi ta' Euler-fejn il-kurvatura tinbidel b'mod lineari-essenzjalment nistgħu 'nagħmlu' lid-dawl biex jibqa' fil-mod fundamentali minkejja liwjiet stretti ħafna," jgħid Park. “Kien oerhört ta’ sodisfazzjon li nara r-riżultati sperimentali tagħna jaqblu mal-fattur teoretiku ta’ kwalità intrinsika ta’ 4.55 × 106. Il-kisba tal-ogħla figura mhux lineari ta' mertu rrappurtata għall-PICs tal-kalkoġenidi hija ċ-ċirasa fuq nett."
Sfida tal-litografija
Biex tasal hemm, il-grupp l-ewwel kellu jiżviluppa proċess ta 'mudelli litografiċi tar-raġġ ta' elettroni għall-materjal tagħhom, minħabba li litografija tradizzjonali li tuża fotoni hija limitata mill-wavelength tad-dawl.
Ostaklu ewlieni involut? Sensittività materjali. "Il-kalkoġeni jistgħu jsofru minn ossidazzjoni tal-wiċċ u assorbiment relatat mal-impurità-," jgħid Park. "Fi sforz immexxi minn żewġ studenti gradwati, Bright Lu u James Erikson, għelbu dan billi nużaw proċess ta 'ttemprar bil-vakwu f'250 grad biex intejbu l-omoġeneità tal-materjal u nnaqqsu l-ħruxija tal-wiċċ. Kellna wkoll bżonn nikkalibraw b'mod preċiż it-triklorur tal-boron tagħna (BCl3) u taħlita ta' gass argon (Ar) waqt l-inċiżjoni tal-jone reattiva tal-plażma akkoppjata b'mod induttiv (ICP RIE) biex tiżgura ħitan tal-ġnub lixxi, li hija vitali għaż-żamma 'ultrahigh-Q"prestazzjoni."
'Swiss army knife' għal PICs
Dawn ir-reżonaturi huma simili għal "sikkina tal-Armata Żvizzera għal PICs," jgħid Park. "Minħabba l-għoli-Qfattur u nonlinearity, huma perfetti għal varjetà wiesgħa ta' applikazzjonijiet bħal lejżers dejqa-linewidth permezz tat-tifrix Brillouin u Raman stimulat, ġenerazzjoni ta' moxt tal-frekwenza għall-metroloġija u telekomunikazzjonijiet, jew ipproċessar ta' informazzjoni kwantistika fejn komponenti ta'-telf fuq-chip baxxi mhumiex negozjabbli."
Issa li l-grupp ta' Park wera l-kapaċitajiet ta' telf-baxx tal-pjattaforma (telf ta' assorbiment ta' 0.43 dB/m), qed jaraw il-limitu aħħari tat-telf. "Qed inwessgħu wkoll il-gwidi tal-mewġ aktar biex nimxu lejn prestazzjoni 'materjal-limitata', li potenzjalment tista' timbotta tagħnaQ-fatturi saħansitra ogħla u jippermettu interazzjonijiet mhux lineari saħansitra aktar effiċjenti," jgħid.
AKTAR QARI
