Пристрій настільки крихітний, що його майже не видно неозброєним оком, може стати ключем до майбутніх оптичних датчиків. Дослідницька група з Університету Колорадо в Боулдері розробила високо{1}}продуктивний оптичний мікрорезонатор «іподром», який може значно зменшити втрату світла, відкриваючи двері для таких застосувань, як виявлення хімічних речовин, навігаційне обладнання та навіть квантове вимірювання. Відповідна стаття опублікована в новому номері Applied Physics Letters.
Результатом цих досліджень є створення оптичного хвилеводного мікрорезонатора на мікросхемі. Товщина мікрорезонатора становить лише 1/10 людської волосини. Під мікрорезонатором можна розуміти мікропристрій, який «затримує світло». Світло безперервно циркулює в ньому, поступово накопичуючи інтенсивність. Коли світло досить сильне, вчені можуть використовувати його для виконання різних спеціальних оптичних операцій. Яскравий, перший автор статті
За словами Лу, їхня мета — забезпечити ефективну роботу цього пристрою при менших оптичних силах.
Команда зосередилася на «іподромних» резонаторах, пристрої, названому через його витягнуту форму, що нагадує іподром. Вони спеціально прийняли дизайн плавної кривої під назвою «крива Ейлера», яку зазвичай можна побачити на дорогах і залізницях, оскільки автомобілі не можуть раптово повернути під прямим кутом під час руху на високих швидкостях, і те саме стосується поширення світла. Якщо вона зігнеться занадто різко, вона «зісковзне».
Використання таких плавних вигинів значно зменшує оптичні втрати, дозволяючи фотонам довше залишатися всередині резонатора, тим самим покращуючи взаємодію. Якщо втрата світла надто велика, резонатор не може накопичувати достатньо світла, і його продуктивність буде значно знижена.
Мікрорезонатори були виготовлені за допомогою електронно-променевої літографії в чистій кімнаті. На відміну від традиційної фотолітографії, яка обмежена довжиною хвилі світла, ця технологія може досягти суб-нанометрової точності та підходить для обробки мікро-оптичних структур. Через надзвичайно малий розмір пристрою навіть дрібний пил або дефекти можуть вплинути на поширення світла, тому чисте середовище має вирішальне значення.
Не менш важливим є вибір матеріалу. Команда використовувала тип халькогенідного напівпровідникового скляного матеріалу. Цей тип матеріалу має високу прозорість і сильні нелінійні властивості, що робить його дуже придатним для фотонних пристроїв. Однак їх важко обробляти, тому потрібен баланс між продуктивністю та складністю виробництва. Завдяки зменшенню втрат на вигині команда успішно створила пристрої з ультра-низькими-втратами з продуктивністю, порівнянною з поточними платформами передових матеріалів.
Дослідницька група заявила, що в майбутньому очікується, що цей мікрорезонатор стане ключовим компонентом у фотонних системах і може використовуватися в мікролазерах, біохімічних датчиках і пристроях квантової мережі. Кінцева мета полягає в тому, щоб розробити цю технологію в оптичних чіпах, які можна виробляти у великих масштабах.
