TPA-QCN מופקד באמצעות אידוי ואקום כדי ליצור שכבה של מולקולות המאמצות באופן ספונטני כיוון מועדף. יישור זה מספק לו תגובה אופטית לא ליניארית מסדר-שני, כלומר קרני אור יכולות לקיים אינטראקציה תוך כדי מעבר דרכה.
"קיבלנו השראה מעבודה יפה שנעשתה בתחום אחר לגמרי-דיודות פולטות אור-אורגניות (OLED) עבור צגים", אומר קנה-כהן, פרופסור לפיזיקה הנדסית, וכן הקתדרה למחקר בקנדה בפוטוניקת אור-חומר. "חוקרים הבינו שקבוצות מסוימות של מולקולות מתיישרות אוטומטית במהלך הייצור. במקרה שלהם, זה מוביל להצטברות של מתח שבדרך כלל פוגע בביצועי המכשיר. הצטברות מתח זו, שדורשת ממולקולות קוטביות להתמצא בכיוון מועדף, הייתה הסימן הראשון לכך שעלינו להיות מסוגלים להשתמש בחומרים דומים עבור אופטיקה לא ליניארית".
הזמנה שנייה-להתקנים פוטוניים לא ליניאריים
סיליקון הוא הפלטפורמה הדומיננטית לפוטוניקה משולבת כיום, אבל היא לא טובה לייצור מאפננים ומגברים. "מרכיב אחד שחסר לסיליקון כדי ליצור מאפננים טובים הוא אפקט Pockels, המאפשר לשדה חשמלי ישיר-ליצור אינטראקציה עם שדה חשמלי בתדרים אופטיים-וזו דוגמה טובה לאפקט אופטי לא ליניארי-מסדר שני", מסביר קנה-כהן. "מגברים ומתנדים פרמטריים מסתמכים על אי-לינאריות מסדר שני. עבור סוגים אלה של אפקטים, המהנדסים צריכים להשתמש בחומרים אחרים כגון ליתיום ניובאט כרכיבים עצמאיים או לעבור את התהליך המורכב של שילוב השניים."
מושג נוסף המעורב בתכנון של רכיבים פוטוניים לא ליניאריים מסדר שני- הוא דרישה של התאמת פאזות-צריך להתאים את מהירות הפאזה של גלי האור המקיימים אינטראקציה כדי למנוע אפקטים של הפרעות הרסניות. "למרבה הצער, העובדה שלכל החומרים יש פיזור אוטומטית מונעת זאת, ולכן יש להשתמש בטריקים חכמים להתאמת פאזות. בליתיום ניובאט, גישה נפוצה היא להשתמש באלקטרודות לאורך כיוון ההתפשטות כדי להפוך את כיוון התחום-המכונה קוטב שדה חשמלי."
יתרונות: מופקד על-שבב ישירות, שבירה כפולה
הגישה של הצוות מביאה שני יתרונות מרכזיים. "ראשית, ניתן להפקיד את הסרטים הדקים האורגניים שלנו ישירות על כל שבב על ידי שימוש בתהליכי ייצור יבשים סטנדרטיים-מבלי לדאוג לגבי התאמת הסריג או העברה", אומר קנה-כהן.
שנית, הסרטים שלהם מראים שבירה דו חזקה במיוחד בהשוואה לרוב החומרים הפוטונים הנפוצים. "השבירה הדו-פעמית הזו כל כך חזקה שהיא מאפשרת לנו להתאים פאזה 'בחינם' אם אנו משתמשים באינטראקציות בין מצבים מקוטבים שונים, מכיוון שהקיטובים השונים יראו מדדי שבירה שונים", הוא אומר. "זה אומר שאנחנו יכולים להנדס מכשירים יעילים מאוד, מבלי להזדקק לאלקטרודות לקוטב או צורך להשתמש בארכיטקטורות מסובכות יותר."
הם השתמשו בגישה שלהם כדי להדגים את הדוגמה הפשוטה ביותר לתהליך לא ליניארי מסדר -שני: דור שני- הרמוני, הלא הוא הכפלת תדרים. לשם כך, החוקרים יצרו מוליך גל הממיר אור טלקום רציף-גל לאור נראה (ראה איור למטה).
מושג נוסף המעורב בתכנון של רכיבים פוטוניים לא ליניאריים מסדר שני- הוא דרישה של התאמת פאזות-צריך להתאים את מהירות הפאזה של גלי האור המקיימים אינטראקציה כדי למנוע אפקטים של הפרעות הרסניות. "למרבה הצער, העובדה שלכל החומרים יש פיזור אוטומטית מונעת זאת, ולכן יש להשתמש בטריקים חכמים להתאמת פאזות. בליתיום ניובאט, גישה נפוצה היא להשתמש באלקטרודות לאורך כיוון ההתפשטות כדי להפוך את כיוון התחום-המכונה קוטב שדה חשמלי."
יתרונות: מופקד על-שבב ישירות, שבירה כפולה
הגישה של הצוות מביאה שני יתרונות מרכזיים. "ראשית, ניתן להפקיד את הסרטים הדקים האורגניים שלנו ישירות על כל שבב על ידי שימוש בתהליכי ייצור יבשים סטנדרטיים-מבלי לדאוג לגבי התאמת הסריג או העברה", אומר קנה-כהן.
שנית, הסרטים שלהם מראים שבירה דו חזקה במיוחד בהשוואה לרוב החומרים הפוטונים הנפוצים. "השבירה הדו-פעמית הזו כל כך חזקה שהיא מאפשרת לנו להתאים פאזה 'בחינם' אם אנו משתמשים באינטראקציות בין מצבים מקוטבים שונים, מכיוון שהקיטובים השונים יראו מדדי שבירה שונים", הוא אומר. "זה אומר שאנחנו יכולים להנדס מכשירים יעילים מאוד, מבלי להזדקק לאלקטרודות לקוטב או צורך להשתמש בארכיטקטורות מסובכות יותר."
הם השתמשו בגישה שלהם כדי להדגים את הדוגמה הפשוטה ביותר לתהליך לא ליניארי מסדר -שני: דור שני- הרמוני, הלא הוא הכפלת תדרים. לשם כך, החוקרים יצרו מוליך גל הממיר אור טלקום רציף-גל לאור נראה (ראה איור למטה).
