En enhed så lille, at den næsten er usynlig for det blotte øje, kan blive nøglen til fremtidige optiske sensing-chips. Et forskerhold ved University of Colorado Boulder har udviklet en højtydende "racetrack" optisk mikroresonator, der markant kan reducere lystab og åbne døren til applikationer såsom kemisk detektion, navigationsudstyr og endda kvantemåling. Det relevante papir blev offentliggjort i det nye nummer af Applied Physics Letters.
Resultatet af denne forskning er at skabe en optisk bølgeleder mikroresonator på en chip. Tykkelsen af mikroresonatoren er kun 1/10 af et menneskehår. Mikroresonatoren kan forstås som en mikroenhed, der "fanger lys". Lys cirkulerer kontinuerligt inde i det, og akkumulerer gradvist intensitet. Når lyset er stærkt nok, kan videnskabsmænd bruge det til at udføre forskellige specielle optiske operationer. Bright, avisens første forfatter
Ifølge Lu er deres mål at sætte denne enhed i stand til at fungere effektivt ved lavere optiske kræfter.
Holdet fokuserede på "racetrack" resonatorer, en enhed opkaldt efter sin aflange form, der ligner en racerbane. De adopterede specifikt et glat kurvedesign kaldet "Eulerian-kurven", som almindeligvis ses på veje og jernbaner, fordi biler ikke pludselig kan dreje i rette vinkler, når de kører med høje hastigheder, og det samme gælder for lysudbredelse. Hvis den bøjer for skarpt, vil den "glide".
Brug af sådanne glatte bøjninger reducerer betydeligt optiske tab, hvilket tillader fotoner at forblive inde i resonatoren længere, og derved forbedre interaktioner. Hvis der er for meget lystab, kan resonatoren ikke akkumulere nok lys, og dens ydeevne vil blive stærkt reduceret.
Mikroresonatorerne blev fremstillet ved hjælp af elektronstrålelitografi i et rent rum. I modsætning til traditionel fotolitografi, som er begrænset af lysbølgelængde, kan denne teknologi opnå sub-nanometerpræcision og er velegnet til behandling af optiske strukturer i mikro-skala. På grund af enhedens ekstremt lille størrelse kan selv små støv eller defekter påvirke lysets udbredelse, så et rent miljø er afgørende.
Materialevalg er lige så kritisk. Holdet brugte en type chalcogenid-halvlederglasmateriale. Denne type materiale har høj gennemsigtighed og stærke ikke-lineære egenskaber, hvilket gør det meget velegnet til fotoniske enheder. De er dog svære at bearbejde, hvilket kræver en balance mellem ydeevne og produktionsvanskeligheder. Ved at reducere bøjningstab har teamet med succes skabt enheder med ultra-lavt-tab med ydeevne, der kan sammenlignes med nuværende avancerede materialeplatforme.
Forskerholdet udtalte, at denne mikroresonator i fremtiden forventes at blive en nøglekomponent i fotoniske systemer og kan bruges i mikrolasere, biokemiske sensorer og kvantenetværksenheder. Det ultimative mål er at udvikle denne teknologi til optiske chips, der kan fremstilles i stor skala.
