Оптические частотные гребенки изменили науку и технологии, какими мы их знаем. Отвечающие за измерение таких вещей, как инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, парниковые газы, атомные часы и болезни, оптические частотные гребенки действуют как линейки, измеряющие свет. Прочесывая свет или частоты, эта технология может фокусироваться на определенных частотах, которые исследователи могут отделять и изучать в неограниченных ситуациях.
Эти важные и мощные гребни состоят из сотен отдельных гребенчатых линий, связанных друг с другом. Традиционно демонстрируемый в оптических волокнах или нелинейных кристаллах , исследовательская группа на факультете электротехники и вычислительной техники Университета Карнеги-Меллона недавно продемонстрировала широкополосный источник света в масштабе чипа из карбида кремния, который традиционно использовался в качестве абразива или для электронных устройств, которые работают. при высоких температурах или высоких напряжениях.
Команда под руководством Цин Ли, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники, использовала передовые возможности Лаборатории нанотехнологий Клэр и Джона Бертуччи для создания миниатюрных оптических устройств размером менее 0,1 мм, что примерно эквивалентно толщине одного лист бумаги.
Карбид кремния недавно стал перспективным кандидатом благодаря своим уникальным свойствам, в том числе обладанию сильными нелинейными коэффициентами второго и третьего порядка и размещению различных центров окраски, которые можно использовать для множества квантовых приложений.
«Процесс изготовления был тщательно оптимизирован для создания крошечных структур кольцевого типа с гладкими поверхностями», — говорит Ли. «Свет, ограниченный этими так называемыми микрокольцами, испытывает значительное увеличение мощности из-за эффекта резонанса, который достаточно силен, чтобы вызвать оптическую нелинейную реакцию, называемую эффектом Керра».
В результате, когда входной лазер имеет одну длину волны около 1550 нм, выходной свет состоит из нескольких длин волн в диапазоне от 1150 до 2400 нм. Поскольку составные частотные линии дискретны и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, этот особый тип света называется оптической гребенкой.
В последнее десятилетие миниатюризация технологии оптических гребенок с использованием платформ устройств в масштабе чипа привлекла множество исследовательских усилий, которые могут значительно уменьшить ее размер, вес и энергопотребление, что критически важно для ее более широкого внедрения в практические приложения. В Соединенных Штатах финансирующие агентства, такие как DARPA, сыграли ключевую роль в продвижении этого направления.
«Эта работа — первая демонстрация таких широкополосных гребенок из карбида кремния, доказывающая его конкурентоспособность в качестве эффективного нелинейного материала по сравнению с более распространенными вариантами, такими как кремний и нитрид кремния», — пояснил Ли. «Наша цель — разработать ряд технологий для устройств, включая генерацию частоты, модуляцию и преобразование, и объединить их с квантовыми технологиями, реализованными на платформе карбида кремния, бесшовным образом».
В конечном итоге это приведет к созданию мощных информационных процессоров, способных одновременно обрабатывать классическую и квантовую информацию, и все они будут основаны на карбиде кремния.
Исследовательская работа проводилась научным сотрудником с докторской степенью доктором Лутонг Цай и аспирантами Цзинвэй Ли и Жуйсюань Ван. Статья опубликована в Photonics Research.
Теги: квант, кристалл
