ریزرزوناتورهای موجبر نوری که توسط گروه پروفسور وون پارک در دانشگاه کلرادو بولدر ایجاد شدهاند، راه را برای فناوریهای جدید حسگر تراشه-بهطور کامل باز میکنند.
این حسگرهای نوری کوچک نور را روی -تراشه به دام میاندازند و شدت آن را-و بالا- آن را افزایش میدهند.Q عامل و غیرخطی بودن آنها را برای کاربردهایی مانند لیزرهای با عرض خط باریک-از طریق پراکندگی بریلوین و رامان تحریک شده، تولید شانه فرکانس یا پردازش اطلاعات کوانتومی ایده آل می کند.
پارکر، پروفسور موتور برق توضیح می دهد: "ما علاقه مند به کاوش اپتیک غیرخطی با مواد جدید-در مورد ما، کالکوژنیدها هستیم که به دلیل شفافیت طول موج بلند، غیرخطی بودن بالا، و ماهیت آمورف خود شناخته می شوند که دارای امکانات ادغام با مواد دیگری مانند نیوبات لیتیوم و نیترید سیلیکون هستند."
اویلر؟
طراحی میکرورزوناتور موجبر نوری این گروه بر اساس خمیدگی های اویلر "U" است که به نور اجازه می دهد تا حدود 3 نانوثانیه در داخل ریزرزوناتور باقی بماند (در طول عمر فوتون 3{4}}، نور حدود نیم متر یا تقریباً هزار سفر رفت و برگشت حرکت می کند). این امر طول مسیر دستگاه ها را افزایش می دهد و تعاملات نوری غیرخطی را امکان پذیر می کند. این امر اساساً کنترل کاهش خمش ذاتی در ریزرزوناتورها را به محققان میدهد و دستگاههای بسیار کم-تلفات مشابه سایر پلتفرمهای مواد پیشرفته--را قادر میسازد.
شبیهسازیها برای شناسایی اینکه چرا تشدیدگرهای سنتی نور زیادی از دست میدهند بسیار مهم بود. پارک میگوید: «ما از COMSOL Multiphysics برای محاسبه توزیعهای میدان حالت و اجرای انتگرالهای همپوشانی استفاده کردیم. "این به ما امکان داد یک "نقطه شیرین" را در محل اتصال که موجبرهای مستقیم و منحنی به هم میرسند مشخص کنیم. ما همچنین از شبیهسازیهای FDTD برای مدلسازی نحوه انتشار نور در منحنیهای اویلر استفاده کردیم تا اطمینان حاصل کنیم که میتوانیم برانگیختگی حالت مرتبه بالاتر را که معمولاً این دستگاههای کوچک{{4} ردپا را آزار میدهد، سرکوب کنیم."
این گروه در واقع ساختارها را برای آزمایش دیگری طراحی کردند و از کشف بالا بسیار شگفت زده شدند-Q عواملی که از آن زمان در دو اتاق تمیز مختلف تکرار شده اند.
پارک میگوید: «لحظه «آها» ما این بود که متوجه شدیم با استفاده از منحنیهای اویلر-جایی که انحنای خطی تغییر میکند-ما اساساً میتوانیم نور را فریب دهیم تا با وجود خمیدگیهای بسیار فشرده، در حالت اصلی باقی بماند. دیدن نتایج تجربی ما با ضریب کیفیت ذاتی نظری 4.55 × 10 بسیار لذت بخش بود.6. دستیابی به بالاترین رقم غیرخطی شایستگی گزارش شده برای PIC های کالکوژنید، گیلاس در بالای آن است."
چالش لیتوگرافی
برای رسیدن به آنجا، این گروه ابتدا باید یک فرآیند الگوبرداری لیتوگرافی پرتو الکترونی را برای مواد خود ایجاد می کردند، زیرا لیتوگرافی سنتی که از فوتون ها استفاده می کند توسط طول موج نور محدود می شود.
مانع اصلی درگیر است؟ حساسیت مواد پارک می گوید: "کالکوژنیدها ممکن است از اکسیداسیون سطحی و ناخالصی{1}}جذب مرتبط رنج ببرند." "در تلاشی که توسط دو دانشجوی فارغ التحصیل به نامهای برایت لو و جیمز اریکسون رهبری میشد، ما با استفاده از فرآیند بازپخت خلاء در 250 درجه برای بهبود همگنی مواد و کاهش زبری سطح بر این مشکل غلبه کردیم. همچنین نیاز داشتیم تری کلرید بور خود را دقیقاً کالیبره کنیم3) و مخلوط گاز آرگون (Ar) در حین حکاکی یون واکنشی پلاسما جفت شده القایی (ICP RIE) برای اطمینان از صاف بودن دیواره های جانبی، که برای حفظ "فوق العاده بالا" حیاتی است-Q"عملکرد."
"چاقوی ارتش سوئیس" برای PIC
پارک میگوید: این رزوناتورها شبیه به "چاقوی ارتش سوئیس برای PIC" هستند. "به دلیل بالا بودن-Qفاکتور و غیرخطی بودن، آنها برای طیف گسترده ای از کاربردها مانند لیزرهای با عرض خط باریک-از طریق پراکندگی بریلوین و رامان تحریک شده، تولید شانه فرکانس برای مترولوژی و ارتباطات راه دور، یا پردازش اطلاعات کوانتومی که در آن اجزای تراشه-کم- قابل مذاکره نیستند، عالی هستند."
اکنون که گروه پارک تواناییهای کم{0} تلفات پلتفرم (0.43 dB/m افت جذبی) را ثابت کرده است، آنها به حد نهایی تلفات چشم دوختهاند. ما همچنین در حال گسترش بیشتر موجبرها هستیم تا به سمت عملکرد «محدودیت{3} مادی» حرکت کنیم، که به طور بالقوه میتواند ما را تحت فشار قرار دهد.Qاو میگوید: -عواملی حتی بالاتر میرود و تعاملات غیرخطی کارآمدتری را ممکن میسازد.
خواندن بیشتر
