肉眼ではほとんど見えないほど小さなデバイスは、将来の光センシングチップの鍵となる可能性があります。コロラド大学ボルダー大学の研究チームは、光損失を大幅に低減できる高性能の「レーストラック」光微小共振器を開発し、化学検出、ナビゲーション機器、さらには量子測定などの用途への扉を開きました。-関連する論文が Applied Physics Letters の新刊に掲載されました。
この研究の結果は、チップ上に光導波路微小共振器を作成することです。微小共振器の太さは髪の毛のわずか1/10です。微小共振器は、「光を閉じ込める」微小デバイスとして理解できます。光はその中で継続的に循環し、徐々に強度を蓄積します。光が十分に強い場合、科学者はそれを使用してさまざまな特殊な光学操作を実行できます。ブライト、論文の筆頭著者
Lu 氏によると、彼らの目標は、このデバイスがより低い光パワーで効率的に動作できるようにすることです。
研究チームは、レーストラックに似た細長い形状から名付けられたデバイスである「レーストラック」共振器に焦点を当てました。特に、自動車は高速走行時に急に直角に曲がることができず、光の伝播も同様であるため、道路や鉄道でよく見られる「オイラー曲線」と呼ばれる滑らかな曲線設計を採用した。あまり急激に曲げると「滑って」しまいます。
このような滑らかな屈曲を使用すると、光損失が大幅に減少し、光子が共振器内に長く留まることができるため、相互作用が強化されます。光損失が多すぎると、共振器は十分な光を蓄積できなくなり、その性能が大幅に低下します。
微小共振器は、クリーンルーム内で電子ビームリソグラフィーを使用して製造されました。光の波長によって制限される従来のフォトリソグラフィとは異なり、この技術はナノメートル未満の精度を達成でき、マイクロ-スケールの光学構造の加工に適しています。デバイスのサイズが非常に小さいため、小さな塵や欠陥でも光の伝播に影響を与える可能性があるため、クリーンな環境が重要です。
材料の選択も同様に重要です。研究チームは、カルコゲナイド半導体ガラス材料の一種を使用した。このタイプの材料は高い透明性と強い非線形特性を備えているため、フォトニックデバイスに非常に適しています。ただし、加工が難しく、性能と製造の難しさのバランスが必要です。曲げ損失を削減することで、チームは現在の先端材料プラットフォームに匹敵する性能を備えた超-低損失-デバイスの作成に成功しました。
研究チームは、将来的にはこの微小共振器がフォトニックシステムの重要なコンポーネントになることが期待されており、マイクロレーザー、生化学センサー、量子ネットワークデバイスに使用できると述べた。最終的な目標は、この技術を大規模に製造できる光学チップに開発することです。
