Устройство, настолько крошечное, что оно почти невидимо невооруженным глазом, может стать ключом к созданию будущих оптических сенсорных чипов. Исследовательская группа из Университета Колорадо в Боулдере разработала высокоэффективный-оптический микрорезонатор типа "гоночная дорожка", который может значительно снизить потери света, открывая двери для таких приложений, как химическое обнаружение, навигационное оборудование и даже квантовые измерения. Соответствующая статья опубликована в новом выпуске журнала Applied Physics Letters.
Результатом данного исследования является создание оптического волноводного микрорезонатора на кристалле. Толщина микрорезонатора составляет всего 1/10 человеческого волоса. Микрорезонатор можно понимать как микроустройство, «улавливающее свет». Свет непрерывно циркулирует внутри него, постепенно набирая интенсивность. Когда свет достаточно сильный, ученые могут использовать его для выполнения различных специальных оптических операций. Брайт, первый автор статьи
По словам Лу, их цель — позволить этому устройству эффективно работать при более низких оптических мощностях.
Команда сосредоточилась на резонаторах «гоночной дорожки» — устройстве, названном в честь своей вытянутой формы, напоминающей гоночную трассу. Они специально использовали плавную кривую, называемую «кривой Эйлера», которую обычно можно увидеть на автомобильных и железных дорогах, поскольку автомобили не могут внезапно повернуть под прямым углом при движении на высоких скоростях, и то же самое справедливо и для распространения света. Если он согнется слишком резко, он «соскользнет».
Использование таких плавных изгибов значительно снижает оптические потери, позволяя фотонам дольше оставаться внутри резонатора, тем самым усиливая взаимодействие. Если потеря света слишком велика, резонатор не сможет аккумулировать достаточно света, и его производительность будет значительно снижена.
Микрорезонаторы были изготовлены методом электронно-лучевой литографии в чистом помещении. В отличие от традиционной фотолитографии, которая ограничена длиной волны света, эта технология позволяет достичь суб-точности и подходит для обработки микро-оптических структур. Из-за чрезвычайно малого размера устройства даже крошечная пыль или дефекты могут повлиять на распространение света, поэтому чистота окружающей среды имеет решающее значение.
Выбор материала не менее важен. Команда использовала тип халькогенидного полупроводникового стекла. Этот тип материала обладает высокой прозрачностью и сильными нелинейными свойствами, что делает его очень подходящим для фотонных устройств. Однако их трудно обрабатывать, поэтому требуется баланс между производительностью и сложностью производства. Снизив потери на изгибе, команда успешно создала устройства со сверх-низкими-потерями, производительность которых сравнима с современными платформами из современных материалов.
Исследовательская группа заявила, что в будущем этот микрорезонатор, как ожидается, станет ключевым компонентом фотонных систем и может использоваться в микролазерах, биохимических сенсорах и квантовых сетевых устройствах. Конечная цель — разработать эту технологию для создания оптических чипов, которые можно будет производить в больших масштабах.
