Mikroresonator pandu gelombang optik yang dicipta oleh kumpulan Profesor Won Park di University of Colorado Boulder membuka pintu kepada-teknologi penderia cip baharu yang terbuka luas.
Penderia optik kecil ini memerangkap cahaya pada-cip dan membina keamatannya-dan tingginya-Q faktor dan ketaklinearan menjadikannya sesuai untuk aplikasi seperti laser-lebar garisan sempit melalui serakan Brillouin dan Raman yang dirangsang, penjanaan sikat frekuensi atau pemprosesan maklumat kuantum.
"Kami berminat untuk meneroka optik tak linear dengan bahan baharu-dalam kes kami, chalcogenides, yang terkenal dengan ketelusan panjang gelombang panjangnya, ketaklinearan tinggi dan sifat amorfus yang mempunyai kemungkinan penyepaduan dengan bahan lain seperti lithium niobate dan silikon nitrida," jelas Park, seorang profesor kejuruteraan elektrik.
Euler?
Reka bentuk mikroresonator pandu gelombang optik kumpulan adalah berdasarkan selekoh Euler "U", yang membenarkan cahaya kekal di dalam mikroresonator selama kira-kira 3 nanosaat (semasa hayat foton 3-ns, cahaya bergerak kira-kira setengah meter atau hampir seribu perjalanan pergi dan balik). Ini meningkatkan panjang laluan peranti dan membolehkan interaksi optik tak linear. Ia pada asasnya memberi penyelidik kawalan kehilangan lenturan yang wujud dalam mikroresonator dan membolehkan peranti kehilangan-ultrarendah serupa dengan platform bahan-terbaru-yang lain.
Simulasi adalah penting untuk mengenal pasti mengapa resonator tradisional kehilangan begitu banyak cahaya. "Kami menggunakan COMSOL Multiphysics untuk mengira taburan medan mod dan melaksanakan kamiran bertindih," kata Park. "Ini membolehkan kami menentukan 'sweet spot' di persimpangan tempat pandu gelombang lurus dan melengkung bertemu. Kami juga menggunakan simulasi FDTD untuk memodelkan cara cahaya merambat melalui lengkung Euler untuk memastikan kami dapat menyekat pengujaan mod tertib-lebih tinggi yang biasanya melanda-peranti jejak kecil ini."
Kumpulan itu sebenarnya mereka bentuk struktur untuk percubaan lain dan sangat terkejut apabila menemui tinggi-Q faktor yang telah mereka ulangi dalam dua bilik bersih yang berbeza.
"Momen 'aha' kami menyedari bahawa dengan menggunakan lengkung Euler-di mana kelengkungan berubah secara linear-kami pada dasarnya boleh 'menipu' cahaya untuk kekal dalam mod asas walaupun selekoh sangat ketat," kata Park. "Sungguh sangat menggembirakan untuk melihat hasil eksperimen kami sepadan dengan faktor kualiti intrinsik teori 4.55 × 106. Mencapai angka merit tak linear tertinggi yang dilaporkan untuk PIC chalcogenide ialah ceri di atas."
Cabaran litografi
Untuk ke sana, kumpulan itu mula-mula perlu membangunkan proses pencorak litografi rasuk elektron untuk bahan mereka, kerana litografi tradisional yang menggunakan foton dihadkan oleh panjang gelombang cahaya.
Halangan utama terlibat? Kepekaan bahan. "Chalcogenides boleh mengalami pengoksidaan permukaan dan penyerapan{1}}kekotoran," kata Park. "Dalam usaha yang diketuai oleh dua pelajar siswazah, Bright Lu dan James Erikson, kami mengatasinya dengan menggunakan proses penyepuhlindapan vakum pada 250 darjah untuk meningkatkan kehomogenan bahan dan mengurangkan kekasaran permukaan. Kami juga perlu menentukur boron triklorida (BCl) kami dengan tepat.3) dan campuran gas argon (Ar) semasa etsa ion reaktif plasma (ICP RIE) berganding induktif untuk memastikan dinding sisi licin, yang penting untuk mengekalkan 'ultrahigh-Q' prestasi."
'Pisau tentera Switzerland' untuk PIC
Resonator ini serupa dengan "pisau Tentera Swiss untuk PIC," kata Park. "Oleh kerana tinggi-Qfaktor dan ketaklinieran, ia sesuai untuk pelbagai jenis aplikasi seperti-laser lebar talian sempit melalui serakan Brillouin dan Raman yang dirangsang, penjanaan sikat frekuensi untuk metrologi dan telekomunikasi, atau pemprosesan maklumat kuantum di mana kehilangan-kehilangan pada-komponen cip yang rendah tidak boleh dirunding."
Memandangkan kumpulan Park telah membuktikan keupayaan kehilangan-rendah platform (kehilangan penyerapan 0.43 dB/m), mereka melihat had kerugian muktamad. "Kami juga meluaskan pandu gelombang untuk bergerak ke arah prestasi 'material-terhad', yang berpotensi mendorong kamiQ-faktor yang lebih tinggi dan membolehkan interaksi tak linear yang lebih cekap," katanya.
BACAAN LANJUT
