कोलोराडो बोल्डर विश्वविद्यालय में प्रोफेसर वोन पार्क के समूह द्वारा बनाए गए ऑप्टिकल वेवगाइड माइक्रोरेसोनेटर नई चिप सेंसर प्रौद्योगिकियों के लिए दरवाजे खोल रहे हैं।
ये छोटे ऑप्टिकल सेंसर प्रकाश को चिप पर फंसाते हैं और उसकी तीव्रता बढ़ाते हैं और उसकी तीव्रता बढ़ाते हैं।Q कारक और गैर-रैखिकता उन्हें उत्तेजित ब्रिलॉइन और रमन बिखरने, आवृत्ति कंघी पीढ़ी, या क्वांटम सूचना प्रसंस्करण के माध्यम से संकीर्ण लाइनविड्थ लेजर जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।
इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर पार्क बताते हैं, "हम नई सामग्रियों के साथ नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स की खोज में रुचि रखते हैं, हमारे मामले में, चाल्कोजेनाइड्स, जो अपनी लंबी तरंग दैर्ध्य पारदर्शिता, उच्च नॉनलाइनरिटी और अनाकार प्रकृति के लिए जाने जाते हैं, जिनमें लिथियम नाइओबेट और सिलिकॉन नाइट्राइड जैसी अन्य सामग्रियों के साथ एकीकरण की संभावनाएं हैं।"
यूलर?
समूह का ऑप्टिकल वेवगाइड माइक्रोरेज़ोनेटर डिज़ाइन यूलर "यू" बेंड्स पर आधारित है, जो प्रकाश को माइक्रोरेज़ोनेटर के अंदर लगभग 3 नैनोसेकंड तक रहने की अनुमति देता है (3 -ns फोटॉन जीवनकाल के दौरान, प्रकाश लगभग आधा मीटर या लगभग एक हजार राउंड ट्रिप यात्रा करता है)। इससे उपकरणों की पथ लंबाई बढ़ जाती है और नॉनलाइनियर ऑप्टिकल इंटरैक्शन सक्षम हो जाता है। यह अनिवार्य रूप से शोधकर्ताओं को माइक्रोरेसोनेटर में निहित मोड़ हानि का नियंत्रण देता है और अल्ट्रालो नुकसान उपकरणों को अन्य अत्याधुनिक सामग्री प्लेटफार्मों के समान ही सक्षम बनाता है।
यह पहचानने के लिए सिमुलेशन महत्वपूर्ण थे कि पारंपरिक अनुनादक इतनी रोशनी क्यों खो देते हैं। पार्क कहते हैं, "हमने मोड फ़ील्ड वितरण की गणना करने और ओवरलैप इंटीग्रल निष्पादित करने के लिए COMSOL मल्टीफ़िज़िक्स का उपयोग किया।" "इससे हमें जंक्शन पर एक 'मीठे स्थान' को इंगित करने की अनुमति मिली जहां सीधे और घुमावदार वेवगाइड मिलते हैं। हमने यह सुनिश्चित करने के लिए कि यूलर वक्रों के माध्यम से प्रकाश कैसे फैलता है, यह सुनिश्चित करने के लिए एफडीटीडी सिमुलेशन का उपयोग किया कि हम उच्च {{3} ऑर्डर मोड उत्तेजना को दबा सकते हैं जो आम तौर पर इन छोटे {{4} फ़ुटप्रिंट उपकरणों को प्रभावित करती है।"
समूह ने वास्तव में एक अन्य प्रयोग के लिए संरचनाओं को डिज़ाइन किया और उच्च - की खोज करके बहुत आश्चर्यचकित हुएQ तब से वे कारक दो अलग-अलग सफ़ाई कक्षों में दोहराए गए हैं।
पार्क कहते हैं, "हमारा 'अहा' क्षण यह महसूस कर रहा था कि यूलर वक्रों का उपयोग करके {{0}जहां वक्रता रैखिक रूप से बदलती है{{1}हम अनिवार्य रूप से प्रकाश को मौलिक मोड में रहने के लिए 'ट्रिक' कर सकते हैं," पार्क कहते हैं। "यह देखना अविश्वसनीय रूप से फायदेमंद था कि हमारे प्रयोगात्मक परिणाम 4.55 × 10 के सैद्धांतिक आंतरिक गुणवत्ता कारक से मेल खाते हैं।"6. चॉकोजेनाइड पीआईसी के लिए रिपोर्ट किए गए योग्यता के उच्चतम गैर-रेखीय आंकड़े को प्राप्त करना शीर्ष पर चेरी है।"
लिथोग्राफी चुनौती
वहां पहुंचने के लिए, समूह को पहले अपनी सामग्री के लिए एक इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफिक पैटर्निंग प्रक्रिया विकसित करनी पड़ी, क्योंकि फोटॉन का उपयोग करने वाली पारंपरिक लिथोग्राफी प्रकाश की तरंग दैर्ध्य द्वारा सीमित है।
मुख्य बाधा शामिल? भौतिक संवेदनशीलता. पार्क का कहना है, "चेल्कोजेनाइड्स सतह के ऑक्सीकरण और अशुद्धता से संबंधित अवशोषण से पीड़ित हो सकते हैं।" "दो स्नातक छात्रों, ब्राइट लू और जेम्स एरिकसन के नेतृत्व में एक प्रयास में, हमने सामग्री की एकरूपता में सुधार और सतह की खुरदरापन को कम करने के लिए 250 डिग्री पर वैक्यूम एनीलिंग प्रक्रिया का उपयोग करके इस पर काबू पा लिया। हमें अपने बोरॉन ट्राइक्लोराइड (बीसीएल) को सटीक रूप से कैलिब्रेट करने की भी आवश्यकता थी।3) और आर्गन (Ar) गैस मिश्रण को प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आईसीपी आरआईई) के दौरान चिकनी साइडवॉल सुनिश्चित करने के लिए, जो 'अल्ट्राहाई' को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।Q' प्रदर्शन।"
PICs के लिए 'स्विस सेना चाकू'
पार्क का कहना है, ये रेज़ोनेटर "पीआईसी के लिए स्विस आर्मी चाकू" के समान हैं। "ऊँचे के कारण-Qकारक और गैर-रैखिकता, वे विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए एकदम सही हैं जैसे कि उत्तेजित ब्रिलोइन और रमन स्कैटरिंग के माध्यम से संकीर्ण {{0} लाइनविड्थ लेजर, मेट्रोलॉजी और दूरसंचार के लिए आवृत्ति कंघी पीढ़ी, या क्वांटम सूचना प्रसंस्करण जहां चिप घटकों पर कम {{1} हानि पर समझौता नहीं किया जा सकता है।
अब जब पार्क के समूह ने प्लेटफ़ॉर्म की कम {{0}हानि क्षमता (0.43 डीबी/एम अवशोषण हानि) साबित कर दी है, तो वे अंतिम हानि सीमा पर नजर गड़ाए हुए हैं। "हम 'सामग्री' सीमित' प्रदर्शन की ओर बढ़ने के लिए वेवगाइड का और भी विस्तार कर रहे हैं, जो संभावित रूप से हमारे प्रदर्शन को आगे बढ़ा सकता है।Q-कारक और भी ऊंचे हैं और और भी अधिक कुशल गैर-रेखीय इंटरैक्शन सक्षम करते हैं," वे कहते हैं।
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