Tecnologia Científica

Um chip óptico aprimorado pela luz
Pesquisadores aplicaram com sucesso um novo princípio para a introdução da não linearidade óptica de segunda ordem em chips de nitreto de silício. Um primeiro relatado na revista Nature Photonics .
Por Ecole Polytechnique Federale de Lausanne - 07/01/2022


Crédito: EPFL

A tecnologia está cada vez mais se movendo em direção à miniaturização e eficiência energética. Isso também se aplica a chips eletrônicos. A luz e a ótica de forma mais ampla são funcionais na fabricação de chips compactos e portáteis. Pesquisadores do Laboratório de Sistemas Fotônicos, chefiados pelo Professor Camille Brès, aplicaram com sucesso um novo princípio para a introdução da não linearidade óptica de segunda ordem em chips de nitreto de silício. Um primeiro relatado na revista Nature Photonics .

Diferentes cores de luz

"Ao usar um apontador laser verde, por exemplo, o laser em si não é verde porque é particularmente difícil de fabricar. Então, mudamos a frequência de um laser existente. Ele emite com a metade da frequência verde, então nós o dobramos usando a não linearidade em um cristal que nos dá o verde. Nosso estudo consiste em integrar esta funcionalidade mas em chips que podem ser fabricados com técnicas padronizadas desenvolvidas para eletrônica (CMOS). Graças a isso, seremos capazes de gerar com eficiência diferentes cores de luz em um chip, "explica Camille Brès. A abordagem demonstrada nunca tinha sido implementada antes. Os chips fotônicos atuais compatíveis com processos CMOS usam materiais fotônicos padrão, como o silício, que não possuem não linearidade de segunda ordem e, portanto, não são inerentemente capazes de transformar luz neste “Isso acaba sendo uma barreira para o avanço da tecnologia”, acrescenta o professor.

Um anel amplificador

Cientistas da Escola de Engenharia desenvolveram uma técnica para induzir a não linearidade, que é usada para converter luz onde normalmente não é possível. Além disso, para tornar essa conversão eficaz, eles usaram um ressonador - uma estrutura em forma de anel que amplia os processos não lineares experimentados pela luz. Ressonadores de nitreto de silício, cuja tecnologia foi consagrada na EPFL e agora comercializada pela Ligentec SA, apresentam perdas muito baixas, fazendo com que a luz circule nos ressonadores por muito tempo. “A não linearidade vem da interação entre luz e matéria. Essa troca deve ser longa para que o processo seja funcional e eficiente. No entanto, o chip é um pequeno objeto do qual não nos beneficiamos de longas distâncias”, explica Edgars Nitiss, Ph.D. e coprimeiro autor.

Dois carros na rodovia

Graças a esta técnica, a eficiência do chip é significativamente melhorada. Mas uma nova restrição é imposta. Ao usar um ressonador, ficamos limitados em termos de cores disponíveis ", diz Camille Brès. Na verdade, a eficácia de um efeito não linear também depende da concordância de fase entre as diferentes cores em interação, visto que inevitavelmente têm diferentes velocidades de propagação. dois carros na rodovia. Queremos que o que está na pista rápida diminua enquanto o outro acelera para que eles possam rolar um ao lado do outro e interagir ", ilustra Jianqi Hu, Ph.D. e coprimeiro autor. Isso geralmente é obtido apenas em casos muito restritos em um ressonador. Os pesquisadores encontraram uma solução para evitar essa restrição e oferecer acesso a uma gama de várias cores, apesar do uso do ressonador. Noressonador , as ondas de luz se propagam, produzindo uma interação coerente que altera as propriedades do material. Uma auto-organização da estrutura é alcançada de uma maneira totalmente ótica, o que compensa automaticamente a diferença de fase, independentemente da cor de entrada . Como tal, contornamos as limitações críticas dos ressonadores enquanto nos beneficiamos de seu forte aumento de eficiência ", conclui o pesquisador.

 

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