Lāzera viļņu garumi, kas nepieciešami daudziem mūsdienu intriģējošākajiem eksperimentiem, jo īpaši redzamajā diapazonā, ir izaicinājums, lai iegūtu sīkas fotoniskās integrālās shēmas (PIC). Taču ASV Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta (NIST) fotonikas pētnieki un kolēģi no Octave Photonics virzās uz šīs viļņa garuma piekļuves problēmas risinājumu{3}}, kā arī risina problēmas, lai apvienotu dažādas fotoniskās funkcijas, lai atbalstītu optisko pārslēgšanu, maršrutēšanu un filtrēšanu.
Mūsdienās viena izplatīta pieeja ir dažādu fotonikas materiālu apvienošana, lai mēģinātu iespējot šīs dažādās funkcijas un izmantotu stiprās puses, ja tās pastāv, taču neviens materiāls nevar to paveikt visos mērogos, kas nepieciešami jaunu lietojumu ieviešanai.
"Mūsu darbu iedvesmoja augstais mērķis sasniegt "jebkura viļņa garuma lāzerus" ar tiešu savietojamību ar esošajām fotoniskajām tehnoloģijām," saka Grants M. Brodniks, NIST kvantu un nelineārās nanofotonikas grupas fiziķis. "Un mēs demonstrējām citas funkcijas, piemēram, frekvenču ķemmes un superkontinuuma ģenerēšanu, jo platforma tos atbalsta tieši. Šīm iespējām ir galvenā loma daudzās svarīgās lietojumprogrammās."
Paldies, nelineārā optika
Lai sasniegtu mākslīgā intelekta (AI) un kvantu lietojumprogrammu pieprasījumu, ļoti svarīga ir pāreja no elektroniem uz fotoniem,{0}}un arī mikroshēmas "jebkura viļņa garuma" lāzeri.
Īss skaidrojums par komandas jauno pieeju: tas sākas ar standarta silīcija plāksni, kas pārklāta ar silīcija dioksīdu (stiklu) un litija niobātu, nelineāru materiālu, kas var mainīt tajā ienākošās gaismas krāsu. Metāla pievienošana ļauj litija niobātu elektriski iezvanīt-, lai pārveidotu vienu gaismas krāsu citās. Līdzīgas metāla-litija niobāta saskarnes var ļaut ātri ieslēgt/izslēgt gaismu (domājiet par ātrdarbīgu maršrutēšanu un datu apstrādi).
Sarežģītu tantala pentoksīda jeb tantala modeļu nogulsnēšana tieši virs citas fotoniskās shēmas ļauj daudzpusīgām fotoniskām platformām darboties saskaņoti. Tantala ir spēcīgs nelineārs materiāls, un tas ir labi piemērots redzamā viļņa garuma darbībai. "Kritiski tam ir pievilcīgas materiāla īpašības (kas saistītas ar tā izgatavošanu), kas padara to spējīgu tieši integrēt ar citiem fotoniskajiem materiāliem," saka Brodniks.
Kad pētnieki veidoja materiālus vienu virs otra 3D kaudzē, viņi ieguva vienu mikroshēmu, kas efektīvi novirza gaismu starp slāņiem. Šī mikroshēma apvieno tantalas gaismas manipulācijas spējas ar litija niobāta vadāmību.
Nelineārā optika tagad ir "ne{0}}tik-slepenā mērce" fizika, ko viņi izmanto, lai "izveidotu pilnīgi jaunas gaismas krāsas no vienas krāsas, ko mēs ievietojam," skaidro Brodniks. "Ja uzņemat attēlu ar kameru, nav sagaidāms, ka attēla krāsas mainīsies, izejot cauri objektīvam. Bet ar nelineāriem materiāliem ar lielu lāzeru optisko jaudu, tas notiek tieši tā. Tas ir galvenais paņēmiens, kas darbina galda{5}}mēroga lāzerus, kas mūsdienās rada daudzas pielāgotas krāsas. Mēs izmantojam šīs metodes,{7}}bet ar mazāku izmēru ierīcēm nekā fotoniskā shēma."
Stilīgākais šī Brodnika darba aspekts ir redzēt, ka "no mūsu ierīcēm izplūst jaunas, bieži vien žilbinošas gaismas krāsas, pārveidojot ieejas gaismu (kas ir neredzama mūsu acīm)," viņš saka. "Laboratorijā ar mikroshēmu, kas atrodas testa stadijā, mēs lēnām ievadām darbības parametrus, un, plaukst, pāri mikroshēmai sāk mirdzēt spilgti zils{1}}zaļš. Nākamajā ierīcē mēs to padarām zilu-violetu. Tas ir mazliet kā maģisks."
Viņu darbs "liek pamatu un parāda platformas potenciālu", saka Brodniks. "Mēs noteikti strādāsim, lai optimizētu esošo dizainu veiktspēju, taču platforma atbloķē jaunas funkcionalitātes un dizaina pogas, kuras mēs ar prieku izpētām."
Daudzām lietojumprogrammām, kas ietver saskarni ar atomu pārejām,-domājam, ka kvantu noteikšana un skaitļošana-ir nepieciešama gaisma viļņu garumā, kas aptver redzamo un tuvu infrasarkano{2}}viļņu joslu. "Lietojumprogrammas, kurām nepieciešams ātri maršrutēt un ieslēgt/izslēgt gaismu, piemēram, optiskā datu apstrāde un skaitļošana, var gūt labumu no platformas, kā arī izmantojot citas fizikas funkcijas, ko nodrošina materiāli," saka Brodniks. "Patērētāju displeju tehnoloģija, iespējams, ir vēl viena lietojumprogramma. Zinātniskā aprindās tagad var apsvērt un izstrādāt daudzas citas, -noteikti tādas, kuras mēs pat neesam izdomājuši."
Komandai ir "daudz aizraujošu fotonisku arhitektūru, kas pašlaik atrodas projektēšanas stadijā, un tām ir nepieciešamas visas mūsu platformas atbalstītās iespējas," saka Brodniks. "Mēs arī priecājamies sadarboties ar kolēģiem un citiem pētniekiem, kuri mums ir ienesuši jaunas idejas un lietojumprogrammas, kuras mēs, iespējams, neesam apsvēruši vai kurām ir vajadzīgas kopīgas zināšanas. Aizraujoši laiki."
