מיקרו-תהודה של מולי גל אופטיים שנוצרו על ידי קבוצתו של פרופסור וון פארק באוניברסיטת קולורדו בולדר פותחים את הדלת לטכנולוגיות חיישני-חדשות בשבב.
החיישנים האופטיים הזעירים האלה לוכדים אור על-שבב ובונים את עוצמתו-והגבוהה שלהם-Q גורם ואי-ליניאריות הופכים אותם לאידיאליים עבור יישומים כגון לייזרים צרים -ברוחב קו באמצעות פיזור ברילואין ורמאן מעורר, יצירת מסרק תדרים או עיבוד מידע קוונטי.
"אנחנו מעוניינים לחקור אופטיקה לא ליניארית עם חומרים חדשים-במקרה שלנו, כלקוגנידים, הידועים בשקיפותם באורך גל ארוך, בחוסר ליניאריות גבוהה ובאופי אמורפי שיש להם אפשרויות אינטגרציה עם חומרים אחרים כמו ליתיום ניובאט וסיליקון ניטריד", מסביר פארק, פרופסור להנדסת חשמל.
אוילר?
עיצוב המיקרו-תהודה האופטי של מוליך הגל של הקבוצה מבוסס על עיקולי אוילר "U", המאפשרים לאור להישאר בתוך המיקרו-תהודה למשך כ-3 ננו-שניות (במשך חיי הפוטונים של 3-ns, האור עובר כחצי מטר או כמעט אלף נסיעות הלוך ושוב). זה מגדיל את אורך הנתיב של המכשירים ומאפשר אינטראקציות אופטיות לא ליניאריות. זה בעצם נותן לחוקרים שליטה על אובדן הכיפוף הגלום במיקרו-מהודים ומאפשר התקני אובדן-נמוכים במיוחד הדומים לפלטפורמות-מתוכנות אחרות של-חומרים.
סימולציות היו קריטיות כדי לזהות מדוע מהודים מסורתיים מאבדים כל כך הרבה אור. "השתמשנו ב-COMSOL Multiphysics כדי לחשב התפלגות שדות במצב ולבצע אינטגרלי חפיפה", אומר פארק. "זה איפשר לנו לאתר 'נקודה מתוקה' בצומת שבו נפגשים מובילי הגלים הישרים והמעוקלים. השתמשנו גם בסימולציות FDTD כדי לדגמן כיצד האור מתפשט דרך עקומות אוילר כדי להבטיח שנוכל לדכא עירור במצב -מסדר גבוה יותר, שבדרך כלל פוגע במכשירי -טביעת הרגל הקטנים האלה."
הקבוצה למעשה תכננה את המבנים לניסוי נוסף והופתעו מאוד לגלות גבוה-Q גורמים שהם חזרו מאז בשני חדרים נקיים שונים.
"רגע ה-'aha' שלנו היה להבין שבאמצעות עקומות אוילר-בהן העקמומיות משתנה באופן ליניארי-נוכל בעצם 'להערים' על האור להישאר במצב הבסיסי למרות עיקולים הדוקים מאוד", אומר פארק. "זה היה מתגמל להפליא לראות את תוצאות הניסוי שלנו תואמות את גורם האיכות הפנימי התיאורטי של 4.55 × 106. השגת נתון הכשרון הלא-ליניארי הגבוה ביותר שדווח עבור PICs של Chalcogenide הוא הדובדבן על העליונה."
אתגר ליטוגרפיה
כדי להגיע לשם, הקבוצה נאלצה תחילה לפתח תהליך דפוס ליטוגרפי של אלומת אלקטרונים עבור החומר שלהם, מכיוון שליתוגרפיה מסורתית המשתמשת בפוטונים מוגבלת על ידי אורך הגל של האור.
המכשול העיקרי מעורב? רגישות לחומר. "כלקוגנידים עלולים לסבול מחמצון פני השטח ומספיגה- הקשורה לטומאה", אומר פארק. "במאמץ בראשות שני סטודנטים לתארים מתקדמים, ברייט לו וג'יימס אריקסון, התגברנו על כך על ידי שימוש בתהליך חישול ואקום ב-250 מעלות כדי לשפר את הומוגניות החומר ולהפחית את חספוס פני השטח. היינו צריכים גם לכייל במדויק את הבורון טריכלוריד (BCl) שלנו3) ותערובת גז ארגון (Ar) במהלך חריטת יונים תגובתיים בפלסמה (ICP RIE) בשילוב אינדוקטיבי כדי להבטיח דפנות חלקות, דבר חיוני לשמירה על 'גבוה אולטרה'-Q'ביצועים."
'אולר שוויצרי' עבור PICs
מהודים אלה דומים ל"אולר שוויצרי עבור PICs", אומר פארק. "בגלל הגבוה-Qגורם ואי-ליניאריות, הם מושלמים עבור מגוון רחב של יישומים כגון לייזרים צרים -ברוחב קו באמצעות פיזור ברילואין ורמאן מגורה, יצירת מסרקות תדרים עבור מטרולוגיה וטלקומוניקציה, או עיבוד מידע קוונטי שבו-הפסד נמוך על-רכיבי שבב אינם ניתנים למשא ומתן."
כעת, כשהקבוצה של Park הוכיחה את יכולות ההפסד-הנמוכות של הפלטפורמה (אובדן ספיגה של 0.43 dB/m), הם צופים במגבלת ההפסדים האולטימטיבית. "אנחנו גם מרחיבים את מדריכי הגלים כדי להתקדם לביצועים 'מוגבלים בחומר-, מה שעלול לדחוף אתQ-גורמים אפילו גבוהים יותר ומאפשרים אינטראקציות לא-לינאריות יעילות אפילו יותר", הוא אומר.
קריאה נוספת
