Professori Won Parkin Colorado Boulderin yliopistossa työskentelevän ryhmän luomat optiset aaltoputkimikroresonaattorit avaavat oven uusille on{0}}siruanturitekniikoille.
Nämä pienet optiset anturit vangitsevat valon-sirulle ja lisäävät sen voimakkuutta-ja korkeaa-Q tekijä ja epälineaarisuus tekevät niistä ihanteellisia sovelluksiin, kuten kapea{0}}viivaleveyslaserit stimuloidun Brillouin- ja Raman-sironta, taajuuskampan generointi tai kvanttitietojen käsittely.
"Olemme kiinnostuneita tutkimaan epälineaarista optiikkaa uusilla materiaaleilla{0}}tapauksessamme, kalkogenideillä, jotka tunnetaan pitkän aallonpituuden läpinäkyvyydestä, korkeasta epälineaarisuudesta ja amorfisesta luonteestaan ja jotka voivat integroitua muihin materiaaleihin, kuten litiumniobaattiin ja piinitridiin", selittää sähkötekniikan professori Park.
Euler?
Ryhmän optisen aaltoputkimikroresonaattorin suunnittelu perustuu Eulerin "U"- taivuuksiin, jotka sallivat valon pysyä mikroresonaattorin sisällä noin 3 nanosekuntia (3-ns fotonin eliniän aikana valo kulkee noin puoli metriä tai lähes tuhat edestakaista matkaa). Tämä lisää laitteiden polun pituutta ja mahdollistaa epälineaarisen optisen vuorovaikutuksen. Se antaa tutkijoille pohjimmiltaan mikroresonaattoreille ominaisen taivutushäviön hallinnan ja mahdollistaa erittäin pienihäviöiset laitteet, jotka ovat samankaltaisia kuin -muissa huippuluokan materiaalialustoissa.
Simulaatiot olivat kriittisiä sen tunnistamiseksi, miksi perinteiset resonaattorit menettävät niin paljon valoa. "Käytimme COMSOL Multiphysics -ohjelmalla moodikenttäjakaumien laskemiseen ja limitysintegraalien suorittamiseen", Park sanoo. "Tämän avulla pystyimme paikantamaan "suloisen pisteen" suoran ja kaarevan aaltoputken risteyksessä. Käytimme myös FDTD-simulaatioita mallintamaan valon etenemistä Euler-käyrien läpi varmistaaksemme, että pystymme tukahduttamaan korkeamman tason viritystilan, joka tyypillisesti vaivaa näitä pieniä -jalanjälkilaitteita."
Ryhmä itse suunnitteli rakenteet toista kokeilua varten ja oli hyvin yllättynyt huomatessaan korkean-Q ne ovat sittemmin toistuneet kahdessa eri puhdastilassa.
"Ahaa-hetkemme oli tajuta, että käyttämällä Euler-käyriä-joissa kaarevuus muuttuu lineaarisesti-voimme periaatteessa "huijata" valon pysymään perustilassa erittäin tiukoista mutkista huolimatta", Park sanoo. "Oli uskomattoman palkitsevaa nähdä kokeellisen tuloksemme vastaavan teoreettista luontaista laatutekijää 4,55 × 106. Kalkogenidi-PIC:iden raportoitujen korkeimman epälineaarisen ansioluvun saavuttaminen on tärkeintä."
Litografiahaaste
Sinne päästäkseen ryhmän piti ensin kehittää materiaalilleen elektronisuihkulitografinen kuviointiprosessi, koska perinteistä fotoneja käyttävää litografiaa rajoittaa valon aallonpituus.
Pääasiallinen este? Materiaalin herkkyys. "Kalkogenidit voivat kärsiä pinnan hapettumisesta ja epäpuhtauksiin liittyvästä absorptiosta", Park sanoo. "Kahden jatko-opiskelijan, Bright Lu ja James Eriksonin johdolla, selvisimme tästä käyttämällä tyhjiöhehkutusta 250 asteessa materiaalin homogeenisuuden parantamiseksi ja pinnan karheuden vähentämiseksi. Meidän piti myös kalibroida tarkasti booritrikloridimme (BCl).3) ja argon (Ar) kaasuseos induktiivisesti kytketyn plasmareaktiivisen ionin etsauksen (ICP RIE) aikana tasaisten sivuseinien varmistamiseksi, mikä on elintärkeää "ultraghin{0}}Q"esitys."
"Sveitsin armeijan veitsi" PIC:ille
Nämä resonaattorit ovat samanlaisia kuin "Sveitsin armeijan veitsi PIC:ille", Park sanoo. "Korkean takia-Qtekijän ja epälineaarisuuden vuoksi ne sopivat täydellisesti moniin erilaisiin sovelluksiin, kuten kapea{0}}viivaleveyslasereihin stimuloidun Brillouin- ja Raman-sironnalla, taajuuskampan luominen metrologiaan ja tietoliikenteeseen tai kvanttitietojen käsittelyyn, jossa pieni-häviö-sirujen komponenteissa ei ole neuvoteltavissa."
Nyt kun Parkin ryhmä on osoittanut alustan alhaiset-häviöt (0,43 dB/m absorptiohäviö), he katselevat lopullista häviön rajaa. "Laajennamme myös aaltoputkia entisestään siirtyäksemme kohti "materiaalista -rajoitettua" suorituskykyä, mikä voi mahdollisesti työntää meidänQ-tekijät vieläkin korkeammat ja mahdollistavat entistä tehokkaamman epälineaarisen vuorovaikutuksen", hän sanoo.
LISÄÄ LUKEMISTA
