Mae microresonators optegol tonfeddi a grëwyd gan grŵp yr Athro Won Park ym Mhrifysgol Colorado Boulder yn cicio'r drws i dechnolegau synhwyrydd sglodion newydd sydd ar agor yn eang.
Mae'r synwyryddion optegol bach hyn yn dal golau ar -sglodyn ac yn adeiladu ei ddwysedd-a'u huchel-Q mae ffactor ac aflinoledd yn eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer cymwysiadau fel laserau llinellnewid cul trwy wasgaru Brillouin a Raman wedi'i ysgogi, cynhyrchu crib amledd, neu brosesu gwybodaeth cwantwm.
“Mae gennym ni ddiddordeb mewn archwilio opteg aflinol gyda deunyddiau newydd-yn ein hachos ni, chalcogenides, sy'n adnabyddus am eu tryloywder tonfedd hir, aflinoledd uchel, a natur amorffaidd sydd â phosibiliadau integreiddio â deunyddiau eraill fel lithiwm niobate a silicon nitrid," esboniodd Park, athro peirianneg drydanol.
Euler?
Mae dyluniad microresonator tonfedd optegol y grŵp yn seiliedig ar droadau Euler "U", sy'n caniatáu i olau aros y tu mewn i'r microresonator am tua 3 nanoseconds (yn ystod oes ffoton 3-ns, mae golau'n teithio tua hanner metr neu bron i fil o deithiau crwn). Mae hyn yn cynyddu hyd llwybr y dyfeisiau ac yn galluogi rhyngweithiadau optegol aflinol. Yn ei hanfod, mae'n rhoi rheolaeth i'r ymchwilwyr o'r golled blygu sy'n gynhenid mewn microresonators ac yn galluogi-dyfeisiau colled hynod isel tebyg i lwyfannau deunyddiau o'r radd flaenaf eraill.
Roedd efelychiadau yn hanfodol i nodi pam mae atseiniaid traddodiadol yn colli cymaint o olau. "Fe wnaethon ni ddefnyddio COMSOL Multiphysics i gyfrifo dosraniadau maes modd a pherfformio integrynnau gorgyffwrdd," meddai Park. "Galluogodd hyn i ni nodi 'man melys' ar y gyffordd lle mae'r tonnau syth a chrwm yn cyfarfod. Fe wnaethon ni hefyd ddefnyddio efelychiadau FDTD i fodelu sut mae golau'n ymledu trwy gromliniau Euler i sicrhau ein bod yn gallu atal cynnwrf modd trefn uwch sy'n nodweddiadol yn plagio'r dyfeisiau ôl troed bach hyn."
Dyluniodd y grŵp y strwythurau ar gyfer arbrawf arall mewn gwirionedd ac roedd yn syndod mawr i ddarganfod uchel-Q ffactorau y maent wedi'u hailadrodd ers hynny mewn dwy ystafell lân wahanol.
"Ein moment 'aha' oedd sylweddoli, trwy ddefnyddio cromliniau Euler-lle mae'r crymedd yn newid yn llinol-yn y bôn, gallem 'dwyllo' y golau i aros yn y modd sylfaenol er gwaethaf troadau tynn iawn," meddai Park. “Roedd yn hynod werth chweil gweld ein canlyniadau arbrofol yn cyfateb i’r ffactor ansawdd cynhenid damcaniaethol o 4.55 × 106. Cyflawni’r ffigwr teilyngdod aflinol uchaf a adroddwyd ar gyfer PICs chalcogenide yw’r geirios ar ei ben.”
Her lithograffeg
I gyrraedd yno, bu'n rhaid i'r grŵp ddatblygu proses patrwm lithograffig pelydr electron ar gyfer eu deunydd yn gyntaf, oherwydd mae lithograffeg draddodiadol sy'n defnyddio ffotonau wedi'i chyfyngu gan donfedd golau.
Prif rwystr dan sylw? Sensitifrwydd materol. "Gall calcogenidau ddioddef o ocsidiad arwyneb ac amsugno amhuredd," meddai Park. "Mewn ymdrech a arweiniwyd gan ddau fyfyriwr graddedig, Bright Lu a James Erikson, fe wnaethom oresgyn hyn trwy ddefnyddio proses anelio gwactod ar 250 gradd i wella homogenedd deunydd a lleihau garwder arwyneb. Roedd angen i ni hefyd raddnodi ein trichlorid boron yn fanwl gywir (BCl).3) a chymysgedd nwy argon (Ar) yn ystod y ysgythriad ïon adweithiol plasma wedi'i gyplu'n anwythol (ICP RIE) i sicrhau waliau ochr llyfn, sy'n hanfodol ar gyfer cynnal 'uwch-uwch-Q' perfformiad."
'Cyllell byddin y Swistir' ar gyfer PICs
Mae'r cyseinyddion hyn yn debyg i "gyllell Byddin y Swistir ar gyfer PICs," meddai Park. "Oherwydd yr uchel-Qffactor ac aflinoledd, maen nhw'n berffaith ar gyfer amrywiaeth eang o gymwysiadau megis laserau linewidth cul trwy wasgaru Brillouin a Raman wedi'i ysgogi, cynhyrchu crib amledd ar gyfer mesureg a thelathrebu, neu brosesu gwybodaeth cwantwm lle nad yw colled isel ar- gydrannau sglodion yn agored i drafodaeth."
Nawr bod grŵp Park wedi profi galluoedd colled isel y platfform (colled amsugno 0.43 dB/m), maen nhw'n llygadu'r terfyn colled eithaf. "Rydym hefyd yn ehangu'r canllawiau tonnau ymhellach i symud tuag at berfformiad 'materol-cyfyngedig', a allai o bosibl wthio einQ-ffactorau hyd yn oed yn uwch ac yn galluogi rhyngweithio aflinol hyd yn oed yn fwy effeithlon," meddai.
DARLLEN PELLACH
