En enhet så liten att den nästan är osynlig för blotta ögat kan bli nyckeln till framtida optiska avkänningschips. Ett forskarteam vid University of Colorado Boulder har utvecklat en optisk mikroresonator med hög-prestanda "racetrack" som avsevärt kan minska ljusförlusten, vilket öppnar dörren för tillämpningar som kemisk detektering, navigationsutrustning och till och med kvantmätning. Den relevanta artikeln publicerades i det nya numret av Applied Physics Letters.
Resultatet av denna forskning är att skapa en optisk vågledarmikroresonator på ett chip. Tjockleken på mikroresonatorn är bara 1/10 av ett människohår. Mikroresonatorn kan förstås som en mikroenhet som "fångar ljus". Ljus cirkulerar kontinuerligt inom den och ackumulerar gradvis intensitet. När ljuset är tillräckligt starkt kan forskare använda det för att utföra olika speciella optiska operationer. Bright, tidningens första författare
Enligt Lu är deras mål att göra det möjligt för den här enheten att fungera effektivt med lägre optiska effekter.
Teamet fokuserade på "racetrack"-resonatorer, en enhet uppkallad efter sin långsträckta form som liknar en racerbana. De antog specifikt en mjuk kurvdesign som kallas "Eulerian-kurvan", som vanligtvis ses på vägar och järnvägar, eftersom bilar inte plötsligt kan svänga i rät vinkel när de färdas i höga hastigheter, och detsamma gäller för ljusutbredning. Böjer den för kraftigt kommer den att "halka".
Att använda sådana mjuka böjningar minskar avsevärt optiska förluster, vilket gör att fotoner kan stanna kvar inuti resonatorn längre, vilket förbättrar interaktioner. Om det blir för mycket ljusförlust kan resonatorn inte samla tillräckligt med ljus och dess prestanda kommer att minska kraftigt.
Mikroresonatorerna tillverkades med användning av elektronstrålelitografi i ett rent rum. Till skillnad från traditionell fotolitografi, som begränsas av ljusvåglängd, kan denna teknik uppnå sub-nanometerprecision och är lämplig för bearbetning av optiska strukturer i mikro-skala. På grund av enhetens extremt lilla storlek kan även små damm eller defekter påverka ljusets spridning, så en ren miljö är avgörande.
Materialvalet är lika viktigt. Teamet använde en typ av kalkogenid-halvledarglasmaterial. Denna typ av material har hög transparens och starka olinjära egenskaper, vilket gör det mycket lämpligt för fotoniska enheter. De är dock svåra att bearbeta och kräver en balans mellan prestanda och tillverkningssvårigheter. Genom att minska böjförlusterna skapade teamet framgångsrikt enheter med ultra-låg-förlust med prestanda jämförbar med nuvarande avancerade materialplattformar.
Forskargruppen uppgav att denna mikroresonator i framtiden förväntas bli en nyckelkomponent i fotoniska system och kan användas i mikrolasrar, biokemiska sensorer och kvantnätverksenheter. Det yttersta målet är att utveckla denna teknik till optiska chips som kan tillverkas i stor skala.
