Günümüzün en ilgi çekici deneylerinin çoğu için gerekli olan, özellikle görünür aralıktaki lazer dalga boylarının, küçük fotonik entegre devreler (PIC'ler) için kaynaklanması zorlu bir iştir. Ancak ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) fotonik araştırmacıları ve Octave Photonics'teki meslektaşları, bu dalga boyu erişim sorununa bir çözüme öncülük ediyor-ve aynı zamanda optik anahtarlama, yönlendirme ve filtrelemeyi desteklemek için farklı fotonik işlevleri birleştirme konusundaki zorlukları da ele alıyor
Günümüzün yaygın yaklaşımlarından biri, farklı fotonik malzemeleri bir araya getirerek bu farklı işlevleri mümkün kılmak ve mevcut oldukları yerde güçlerden yararlanmaktır; ancak yeni uygulamalar için istenen ölçeklerin tümünde bunu tek başına hiçbir malzeme yapamaz.
NIST'in Kuantum ve Doğrusal Olmayan Nanofotonik Grubunda fizikçi olan Grant M. Brodnik, "Çalışmamız, mevcut fotonik teknolojilerle doğrudan uyumlulukla 'herhangi bir dalga boyunda lazer' elde etme yönündeki yüce hedeften ilham aldı" diyor. "Ve frekans tarakları ve süper süreklilik üretimi gibi diğer işlevleri de gösterdik çünkü platform bunları doğrudan destekliyor. Bu yetenekler birçok önemli uygulamada önemli bir rol oynuyor."
Teşekkür ederim, doğrusal olmayan optik
Yapay zekanın (AI) ve kuantum uygulamalarının gerektirdiği hıza ulaşmak için elektronlardan fotonlara geçiş kritik öneme sahiptir-ve çip ölçekli "herhangi bir dalga boyundaki" lazerler de öyle.
Ekibin yeni yaklaşımının kısa bir açıklaması: Bu, içine giren ışığın rengini değiştirebilen doğrusal olmayan bir malzeme olan silikon dioksit (cam) ve lityum niyobat ile kaplanmış standart bir silikon levha ile başlıyor. Metal eklemek, lityum niyobat'ın, ışığın bir rengini diğerine dönüştürmek için elektriksel olarak-çevirilmesini sağlar. Benzer metal-lityum niyobat arayüzleri, ışığın hızla açılıp kapanmasına olanak sağlayabilir (yüksek-hızlı yönlendirme ve veri işlemeyi düşünün).
Tantal pentoksitin (diğer adıyla tantala) karmaşık desenlerinin doğrudan diğer fotonik devrelerin üzerine yerleştirilmesi, çok yönlü fotonik platformların uyum içinde çalışmasına olanak tanır. Tantala güçlü, doğrusal olmayan bir malzemedir ve görünür dalga boyu işlemine çok uygundur. Brodnik, "Önemli olarak, onu diğer fotonik malzemelerle doğrudan entegrasyona uygun hale getiren çekici malzeme özelliklerine (imalatıyla ilgili) sahip" diyor.
Araştırmacılar malzemeleri 3 boyutlu bir yığın halinde üst üste desenlediğinde, ışığı katmanlar arasında verimli bir şekilde yönlendiren tek bir çip elde ettiler. Bu çip, Tantala'nın ışık manipülasyon yeteneklerini lityum niyobatın kontrol edilebilirliğiyle birleştiriyor.
Brodnik, doğrusal olmayan optiklerin artık "koyduğumuz tek renkten tamamen yeni ışık renkleri oluşturmak için-pek{-gizli olmayan sos" fiziği olduğunu açıklıyor. "Kamerayla resim çekerseniz, bir mercekten geçerken görüntünün renklerinin değişmesini beklemezsiniz. Ancak lazerler tarafından sağlanan yüksek optik güçlere sahip doğrusal olmayan malzemelerde, tam olarak olan budur. Bu, günümüzde pek çok özel renk oluşturan masa üstü-ölçekli lazerleri çalıştıran temel bir tekniktir. Bu teknikleri-ancak pirinç tanesi boyutundan daha küçük cihazlardaki fotonik devrelerle kullanıyoruz."
Brodnik için bu çalışmanın en harika yanı, "giriş ışığını (gözümüzle görülemeyen) dönüştürerek cihazlarımızdan çıkan yeni, genellikle göz kamaştırıcı ışık renklerini görmek" diyor. "Laboratuvarda, test aşamasında duran bir çiple, yavaşça işlem parametrelerini giriyoruz ve bum, çip boyunca canlı mavi-yeşil parlamaya başlıyor. Bir sonraki cihazda onu mavi-mor yapıyoruz. Biraz sihir gibi geliyor."
Brodnik, çalışmalarının "temelini oluşturduğunu ve platformun potansiyelini gösterdiğini" söylüyor. "Mevcut tasarımların performansını optimize etmek için kesinlikle çalışacağız, ancak platform, keşfetmekten heyecan duyduğumuz yeni işlevlerin ve tasarım düğmelerinin kilidini açıyor."
Atomik geçişlerle arayüz oluşturmayı içeren birçok uygulama-kuantum algılama ve hesaplamanın-görünür ve yakın-kızılötesi dalga bantlarını kapsayan dalga boylarında ışığa ihtiyaç duyduğunu düşünür. Brodnik, "Optik veri işleme ve bilgi işlem gibi ışığı hızlı bir şekilde yönlendirmesi ve açma/kapaması gereken uygulamalar, malzemelerin sağladığı diğer fizik işlevlerinden yararlanarak platformdan da yararlanabilir" diyor. "Tüketici görüntüleme teknolojisi belki de başka bir uygulamadır. Artık bilim camiası tarafından dikkate alınıp geliştirilebilecek,-kesinlikle bizim aklımıza bile gelmeyen çok daha fazlası var."
Brodnik, ekibin "şu anda tasarım aşamasında olan ve platformumuzun desteklediği tüm yetenekleri gerektiren bir avuç heyecan verici fotonik mimariye" sahip olduğunu söylüyor. "Ayrıca, belki de dikkate almadığımız veya takip etmek için ortak uzmanlığa ihtiyaç duymadığımız yeni fikirler ve uygulamaları bize getiren meslektaşlarımız ve diğer araştırmacılarla işbirliği yapmaktan da heyecan duyuyoruz. Heyecan verici zamanlar."
