Urządzenie tak małe, że jest prawie niewidoczne gołym okiem, może stać się kluczem do przyszłych chipów z czujnikiem optycznym. Zespół badawczy z Uniwersytetu Colorado w Boulder opracował-wysokowydajny mikrorezonator optyczny „wyścigowy”, który może znacznie zmniejszyć utratę światła, otwierając drzwi do takich zastosowań, jak wykrywanie substancji chemicznych, sprzęt nawigacyjny, a nawet pomiary kwantowe. Artykuł na ten temat ukazał się w nowym numerze Applied Physics Letters.
Efektem tych badań jest stworzenie mikrorezonatora światłowodowego na chipie. Grubość mikrorezonatora wynosi zaledwie 1/10 grubości ludzkiego włosa. Mikrorezonator można rozumieć jako mikrourządzenie, które „zatrzymuje światło”. Światło krąży w nim nieprzerwanie, stopniowo nabierając intensywności. Kiedy światło jest wystarczająco mocne, naukowcy mogą go wykorzystać do wykonywania różnych specjalnych operacji optycznych. Bright, pierwszy autor artykułu
Według Lu ich celem jest umożliwienie temu urządzeniu wydajnej pracy przy niższych mocach optycznych.
Zespół skupił się na rezonatorach „wyścigowych”, urządzeniu nazwanym tak ze względu na swój wydłużony kształt przypominający tor wyścigowy. Specjalnie przyjęli projekt gładkiej krzywej zwanej „krzywą Eulera”, która jest powszechnie spotykana na drogach i liniach kolejowych, ponieważ samochody nie mogą nagle skręcać pod kątem prostym podczas jazdy z dużą prędkością i to samo dotyczy propagacji światła. Jeśli wygnie się zbyt mocno, „ześlizgnie się”.
Zastosowanie takich gładkich zagięć znacznie zmniejsza straty optyczne, pozwalając fotonom na dłuższe przebywanie w rezonatorze, wzmacniając w ten sposób interakcje. Jeśli utrata światła jest zbyt duża, rezonator nie będzie w stanie zgromadzić wystarczającej ilości światła, a jego wydajność zostanie znacznie zmniejszona.
Mikrorezonatory wytworzono przy użyciu litografii wiązką elektronów w czystym pomieszczeniu. W przeciwieństwie do tradycyjnej fotolitografii, która jest ograniczona długością fali światła, technologia ta może osiągnąć precyzję poniżej{1}}nanometra i nadaje się do przetwarzania struktur optycznych w skali mikro-. Ze względu na wyjątkowo małe rozmiary urządzenia, nawet najdrobniejszy kurz czy defekty mogą mieć wpływ na propagację światła, dlatego kluczowe znaczenie ma czyste środowisko.
Wybór materiału jest równie ważny. Zespół zastosował rodzaj półprzewodnikowego szkła chalkogenkowego. Ten rodzaj materiału charakteryzuje się wysoką przezroczystością i silnymi właściwościami nieliniowymi, dzięki czemu doskonale nadaje się do urządzeń fotonicznych. Są one jednak trudne w obróbce, co wymaga równowagi między wydajnością a trudnościami w produkcji. Zmniejszając straty zginania, zespołowi udało się stworzyć urządzenia o ultra-niskich-stratach, których wydajność jest porównywalna z obecnymi platformami z zaawansowanymi materiałami.
Zespół badawczy stwierdził, że oczekuje się, że w przyszłości ten mikrorezonator stanie się kluczowym elementem systemów fotonicznych i będzie mógł być stosowany w mikrolaserach, czujnikach biochemicznych i urządzeniach sieci kwantowych. Ostatecznym celem jest rozwinięcie tej technologii w chipy optyczne, które można będzie produkować na dużą skalę.
