Geliştirilen meta malzeme tabanlı optik yarı iletkenin dalga kılavuzu dizisinde karışma olmadan ışık yayılımını gösteren çizim. Katkı Sağlayan: KAIST Entegre Metafotonik Grubu
Geleneksel inanca meydan okuyan bilim insanları, daha önce fotonik devrelerde yüksek yoğunluklu entegrasyon için uygun olmadığı düşünülen, sızıntı modunu içeren yeni bir bağlantı mekanizması keşfettiler.
Bu şaşırtıcı keşif, optik bilgi işlem kuantum iletişimi, ışık algılama ve menzil (LiDAR), optik metroloji ve biyokimyasal algılama gibi alanlarda fotonik çiplerin potansiyelini ve ölçeklenebilirliğini dönüştürerek yoğun fotonik entegrasyonun yolunu açıyor.
Yakın zamanda yapılan bir araştırmada Işık Bilimi ve Uygulaması yayını, Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (KAIST) elektrik mühendisliği doçenti Sangsik Kim ve Texas Tech Üniversitesi’ndeki öğrencileri, anizotropik sızıntılı bir dalganın, alt dalga boyunu kullanarak yakın aralıklı aynı dalga kılavuzları arasında sıfır karışma elde edebildiğini gösterdi. ızgara (SWG) meta malzemeleri. Bu mantık dışı keşif, düşük sınırlaması nedeniyle tarihsel olarak zorluklara yol açan enine manyetik (TM) modun bağlantı uzunluğunu büyük ölçüde artırıyor.
Bu araştırma, optik karışmayı azaltmaya yönelik SWG meta malzemeleriyle ilgili önceki çalışmalara dayanıyor. anizotropik yönlendirmeli modda fani dalganın yüzey derinliğinin kontrolü ve olağanüstü bağlantı dahil. SWG’ler son zamanlarda fotonikte önemli ilerlemeler kaydederek çeşitli yüksek performanslı PIC bileşenlerini mümkün kıldı. Ancak, çapraz elektrik (TE) modundan yaklaşık 100 kat daha büyük çapraz karışma sergileyen ve yüksek yoğunluklu çip entegrasyonunu engelleyen TM modu için entegrasyon yoğunluğu zorlukları devam etti.
“Grubumuz, yoğun kullanım için SWG’leri araştırıyor. fotonik entegrasyon, önemli iyileştirmeler sağlıyor. Ancak önceki yaklaşımlar yalnızca TE polarizasyonuyla sınırlıydı. Fotonik bir çipte, çip kapasitesini iki katına çıkarabilen ve bazen geçici alan algılamada olduğu gibi TE’den daha fazla arzu edilen başka bir ortogonal polarizasyon TM vardır. TM’nin yoğun bir şekilde entegre edilmesi TE’ye göre daha zordur çünkü genellikle düşük genişlik/yükseklik dalga kılavuzu en boy oranıyla daha az sınırlandırılır,” diye açıkladı Kim.
Başlangıçta ekip, SWG’leri kullanarak çapraz karışmayı azaltmanın imkansız olduğuna inanıyordu. Sızdıran modun dalga kılavuzları arasındaki bağlantıyı güçlendirmesini bekledikleri için. Bununla birlikte, sızdıran mod ile anizotropik pertürbasyonun potansiyelleri üzerine odaklandılar ve çapraz iptalin mümkün olabileceğini varsaydılar.
Birleşik mod analizini sızdıran SWG modlarının modal özelliklerine uygulayarak, sızdıran SWG modlarıyla benzersiz anizotropik pertürbasyonu ortaya çıkardılar. benzeri mod, yakın aralıklı özdeş SWG dalga kılavuzları arasında sıfır karışma ile sonuçlanır. Floquet sınır simülasyonlarını kullanarak, sektörde kolayca bulunabilen standart bir yalıtkan üzerinde silikon (SOI) platformu üzerinde pratik olarak uygulanabilir SWG dalga kılavuzları tasarladılar; bu, şerit dalga kılavuzlarına kıyasla kayda değer bir karışma önleme ve iki kattan fazla artan bağlantı uzunlukları gösterdi.
Bu buluş aynı zamanda PIC’ler içindeki gürültü düzeylerini de önemli ölçüde azaltarak kuantum iletişim ve bilgi işlem, optik metroloji ve biyokimyasal algılama üzerinde potansiyel etkiler yaratıyor. Araştırmacılar, bu yeni birleştirme mekanizmasının telekomünikasyon bandının ötesinde görünür, orta kızılötesi ve terahertz boyunca diğer entegre fotonik platformlara ve dalga boyu rejimlerine genişletilebileceğini belirterek, çalışmalarının daha geniş sonuçlarını da vurguladılar.
Bu şaşırtıcı. birleştirme mekanizması, yoğun fotonik entegrasyon potansiyelini genişleterek geleneksel bilgeliğe meydan okuyor ve alanın sınırlarını zorluyor. Araştırmalar devam ettikçe, fotonik endüstrisi muhtemelen daha yoğun, daha düşük gürültülü ve daha verimli PIC teknolojilerine doğru bir geçiş görecektir.
Referans: “Dalga boyu altı ızgaralara sahip anizotropik sızıntı benzeri pertürbasyon, sıfır karışma sağlar”, Md Faiyaz Kabir , Md Borhan Mia, Ishtiaque Ahmed, Nafiz Jaidye, Syed Z. Ahmed ve Sangsik Kim, 2 Haziran 2023, Light: Science & Applications.
DOI: 10.1038/s41377-023-01184-5{ 4}