TPA-QCN avsätts via vakuumindunstning för att bilda ett lager av molekyler som spontant antar en föredragen orientering. Denna inriktning ger den ett andra-optiskt icke-linjärt svar, vilket innebär att ljusstrålar kan interagera medan de passerar genom den.
"Vi inspirerades av vackert arbete som utförs inom ett helt annat område-organiska ljus-emitterande dioder (OLED) för skärmar", säger Kéna-Cohen, professor i teknisk fysik, samt Canada Research Chair in Light-Matter Photonics. "Forskare insåg att vissa klasser av molekyler automatiskt anpassar sig under tillverkningen. I deras fall leder detta till att en spänning byggs upp som vanligtvis skadar enhetens prestanda. Denna spänningsuppbyggnad, som kräver att polära molekyler orienterar sig längs en preferensriktning, var det första tecknet på att vi borde kunna använda liknande material för olinjär optik."
Andra-ordningen på icke-linjära fotoniska enheter
Kisel är den dominerande plattformen för integrerad fotonik idag, men det är inte bra för att tillverka modulatorer och förstärkare. "En ingrediens som kisel saknar för att göra bra modulatorer är Pockels-effekten, som tillåter ett-likströms elektriskt fält att interagera med ett elektriskt fält vid optiska frekvenser-och det är ett bra exempel på en ickelinjär optisk effekt av andra-ordningen", förklarar Kéna-Cohen. "Parametriska förstärkare och oscillatorer förlitar sig på andra ordningens olinjäriteter. För dessa typer av effekter måste ingenjörer använda andra material som litiumniobat antingen som fristående komponenter eller gå igenom den komplexa processen att integrera de två."
Ett annat koncept som är involverat i utformningen av andra-icke-linjära fotoniska komponenter är ett fasmatchningskrav-fashastigheten för de interagerande ljusvågorna måste matcha för att undvika destruktiva interferenseffekter. "Tyvärr förhindrar det faktum att alla material har dispersion automatiskt detta, så smarta knep måste användas för fasmatchning. I litiumniobat är ett vanligt tillvägagångssätt att använda elektroder längs utbredningsriktningen för att vända domänorienteringen -aka elektrisk fältpolning."
Fördelar: Deponeras på-chip direkt, dubbelbrytning
Teamets tillvägagångssätt ger två viktiga fördelar. "För det första kan våra organiska tunna filmer deponeras direkt på vilket chip som helst genom att använda vanliga torrtillverkningsprocesser-utan att behöva oroa sig för matchning eller överföring av gitter", säger Kéna-Cohen.
För det andra visar deras filmer en extremt stark dubbelbrytning jämfört med de flesta vanliga fotoniska material. "Denna dubbelbrytning är så stark att den tillåter oss att fasmatcha "gratis" om vi använder interaktioner mellan olika polariserade lägen, eftersom de olika polarisationerna kommer att se olika brytningsindex, säger han. "Det betyder att vi kan konstruera mycket effektiva enheter, utan att behöva elektroder för poling eller behöva använda mer komplicerade arkitekturer."
De använde sitt tillvägagångssätt för att visa det enklaste exemplet på en icke-linjär process av andra-ordningen: andra-övertonsgenerering, aka frekvensfördubbling. För att göra det tillverkade forskarna en vågledare som omvandlar kontinuerligt-vågtelekomljus till synligt ljus (se bilden nedan).
Ett annat koncept som är involverat i utformningen av andra-icke-linjära fotoniska komponenter är ett fasmatchningskrav-fashastigheten för de interagerande ljusvågorna måste matcha för att undvika destruktiva interferenseffekter. "Tyvärr förhindrar det faktum att alla material har dispersion automatiskt detta, så smarta knep måste användas för fasmatchning. I litiumniobat är ett vanligt tillvägagångssätt att använda elektroder längs utbredningsriktningen för att vända domänorienteringen -aka elektrisk fältpolning."
Fördelar: Deponeras på-chip direkt, dubbelbrytning
Teamets tillvägagångssätt ger två viktiga fördelar. "För det första kan våra organiska tunna filmer deponeras direkt på vilket chip som helst genom att använda vanliga torrtillverkningsprocesser-utan att behöva oroa sig för matchning eller överföring av gitter", säger Kéna-Cohen.
För det andra visar deras filmer en extremt stark dubbelbrytning jämfört med de flesta vanliga fotoniska material. "Denna dubbelbrytning är så stark att den tillåter oss att fasmatcha "gratis" om vi använder interaktioner mellan olika polariserade lägen, eftersom de olika polarisationerna kommer att se olika brytningsindex, säger han. "Det betyder att vi kan konstruera mycket effektiva enheter, utan att behöva elektroder för poling eller behöva använda mer komplicerade arkitekturer."
De använde sitt tillvägagångssätt för att visa det enklaste exemplet på en icke-linjär process av andra-ordningen: andra-övertonsgenerering, aka frekvensfördubbling. För att göra det tillverkade forskarna en vågledare som omvandlar kontinuerligt-vågtelekomljus till synligt ljus (se bilden nedan).
