Een apparaat dat zo klein is dat het bijna onzichtbaar is voor het blote oog, kan de sleutel worden tot toekomstige optische detectiechips. Een onderzoeksteam van de Universiteit van Colorado Boulder heeft een hoogwaardige -optische microresonator voor 'racebanen' ontwikkeld die het lichtverlies aanzienlijk kan verminderen, waardoor de deur wordt geopend voor toepassingen zoals chemische detectie, navigatieapparatuur en zelfs kwantummetingen. Het relevante artikel is gepubliceerd in het nieuwe nummer van Applied Physics Letters.
Het resultaat van dit onderzoek is het creëren van een optische golfgeleider-microresonator op een chip. De dikte van de microresonator bedraagt slechts 1/10 van een mensenhaar. De microresonator kan worden opgevat als een microapparaat dat "licht opvangt". Het licht circuleert er voortdurend in en bouwt geleidelijk aan intensiteit op. Als het licht sterk genoeg is, kunnen wetenschappers het gebruiken om verschillende speciale optische operaties uit te voeren. Bright, de eerste auteur van het artikel
Volgens Lu is het hun doel om dit apparaat efficiënt te laten werken bij lagere optische vermogens.
Het team concentreerde zich op "racebaan"-resonatoren, een apparaat dat genoemd is naar zijn langwerpige vorm die op een racebaan lijkt. Ze hebben specifiek een ontwerp met vloeiende bochten aangenomen, de "Euleriaanse curve", die vaak wordt gezien op wegen en spoorwegen, omdat auto's niet plotseling in een rechte hoek kunnen draaien als ze met hoge snelheden rijden, en hetzelfde geldt voor de voortplanting van licht. Als het te scherp buigt, zal het "wegglijden".
Het gebruik van dergelijke vloeiende bochten vermindert de optische verliezen aanzienlijk, waardoor fotonen langer in de resonator kunnen blijven, waardoor de interacties worden verbeterd. Als er te veel lichtverlies is, kan de resonator niet genoeg licht verzamelen en zullen de prestaties aanzienlijk afnemen.
De microresonatoren werden vervaardigd met behulp van elektronenbundellithografie in een schone kamer. In tegenstelling tot traditionele fotolithografie, die wordt beperkt door de golflengte van het licht, kan deze technologie een nauwkeurigheid van sub-nanometers bereiken en is ze geschikt voor het verwerken van optische structuren op micro-schaal. Vanwege het extreem kleine formaat van het apparaat kunnen zelfs kleine stofdeeltjes of defecten de verspreiding van licht beïnvloeden, dus een schone omgeving is van cruciaal belang.
Materiaalkeuze is net zo belangrijk. Het team gebruikte een soort chalcogenide halfgeleiderglasmateriaal. Dit type materiaal heeft een hoge transparantie en sterke niet-lineaire eigenschappen, waardoor het zeer geschikt is voor fotonische apparaten. Ze zijn echter moeilijk te verwerken en vereisen een evenwicht tussen prestatie en productieproblemen. Door de buigverliezen te verminderen, heeft het team met succes apparaten met ultra-laag- verlies gemaakt met prestaties die vergelijkbaar zijn met de huidige geavanceerde materiaalplatforms.
Het onderzoeksteam stelde dat deze microresonator naar verwachting in de toekomst een sleutelcomponent zal worden in fotonische systemen en kan worden gebruikt in microlasers, biochemische sensoren en kwantumnetwerkapparaten. Het uiteindelijke doel is om deze technologie te ontwikkelen tot optische chips die op grote schaal kunnen worden geproduceerd.
