コロラド大学ボルダー校の Won Park 教授のグループが開発した光導波路微小共振器は、新しいオンチップ センサー技術への扉を大きく開いています。{0}
これらの小さな光学センサーは、{0}}チップ上に光を捕捉し、その強度-とその強度を高めます-Q 因子と非線形性により、誘導ブリルアン散乱やラマン散乱による狭線幅レーザー、周波数コム生成、量子情報処理などのアプリケーションに最適です。{0}
「私たちは新しい材料を使った非線形光学の研究に興味があります。{0}私たちの場合は、長波長の透明性、高い非線形性、アモルファス性で知られるカルコゲニドであり、ニオブ酸リチウムや窒化ケイ素などの他の材料と統合できる可能性があります。」と電気工学教授の Park 氏は説明します。
オイラー？
同グループの光導波路微小共振器の設計はオイラーの「U」字曲がりに基づいており、これにより光は約3ナノ秒間微小共振器内にとどまることができる（3-ナノ秒の光子の寿命の間、光は約0.5メートルまたはほぼ1000往復進む）。これにより、デバイスの経路長が増加し、非線形光学相互作用が可能になります。これにより、研究者は基本的に微小共振器に固有の曲げ損失を制御できるようになり、他の最先端の材料プラットフォームと同様の超低損失デバイスが可能になります。{6}{7}
従来の共振器がなぜこれほど多くの光を失うのかを特定するには、シミュレーションが重要でした。 「COMSOL Multiphysics を使用してモード フィールド分布を計算し、オーバーラップ積分を実行しました」と Park 氏は言います。 「これにより、直線導波路と曲線導波路が交わる接合部の『スイート スポット』を正確に特定することができました。また、FDTD シミュレーションを使用して、オイラー曲線を通って光がどのように伝播するかをモデル化し、これらの小さな設置面積のデバイスで通常問題となる高次モードの励起を確実に抑制できるようにしました。-」
このグループは実際に別の実験用に構造を設計したところ、-の高さを発見して非常に驚きました。Q それ以来、彼らは 2 つの異なるクリーンルーム内でこれらの要因を繰り返しました。
「私たちが『なるほど』と思ったのは、-曲率が線形に変化するオイラー曲線-を使用することで、非常にきつい曲がりでも光を基本モードに保つように本質的に「だます」ことができることに気づいたときでした」と Park 氏は言います。 「私たちの実験結果が理論上の固有品質係数 4.55 × 10 と一致することを確認できて、非常にやりがいがありました。6。カルコゲナイド PIC について報告されている最高の非線形性能指数を達成することは、最高の成果です。」
リソグラフィーへの挑戦
そこに到達するために、グループはまず材料用の電子ビーム リソグラフィー パターニング プロセスを開発する必要がありました。光子を使用する従来のリソグラフィーは光の波長によって制限されるためです。
主なハードルは何ですか?素材に対する敏感さ。 「カルコゲニドは表面酸化や不純物関連の吸収を受ける可能性があります」と Park 氏は言います。- 「2人の大学院生、ブライト・ルー氏とジェームス・エリクソン氏が主導した取り組みで、250度の真空アニールプロセスを使用して材料の均質性を向上させ、表面粗さを低減することでこの問題を克服しました。また、三塩化ホウ素(BCl)を正確に校正する必要もありました。3) とアルゴン (Ar) ガスの混合物を誘導結合プラズマ反応性イオン エッチング (ICP RIE) 中に使用して滑らかな側壁を確保します。これは「超高-」を維持するために不可欠です。Q' パフォーマンス。"
機長用の「スイスアーミーナイフ」
これらの共鳴器は「機長用のスイスアーミーナイフ」に似ているとパーク氏は言う。 「高いから-Qこれらは、誘導ブリルアン散乱やラマン散乱による狭線幅レーザー、計測や通信用の周波数コム生成、チップ コンポーネントでの低損失が交渉の余地のない量子情報処理など、さまざまなアプリケーションに最適です。{{0}{1}
Park 氏のグループはプラットフォームの低損失機能（0.43 dB/m の吸収損失）を証明したので、究極の損失制限に注目しています。{0} 「また、導波管の幅をさらに広げて、「材料限定」のパフォーマンスを目指しています。これにより、潜在的に私たちの性能が向上する可能性があります。-Q-因数分解率がさらに高くなり、さらに効率的な非線形インタラクションが可能になります」と彼は言います。
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