En silicon-nanopartikelfotonisk bølgeleder

En ny måde at effektivt styre lys i små skalaer er blevet demonstreret af et all-A*STAR-team. Deres metode, hvilket indebærer opstilling af siliciumnanopartikler, er lovende til applikationer såsom lysbaserede integrerede kredsløb, biosensorer og kvantekommunikation.

Transport af lys på små skalaer er afgørende for mange applikationer og udføres almindeligvis ved hjælp af rektangulære siliciumbølgeledere - det optiske kredsløb svarende til ledninger i elektroniske kredsløb. For yderligere at krympe enheder, metalliske nanopartikler er blevet undersøgt som et alternativ, men selvom de er meget gode til at begrænse lys til små skalaer, de har en tendens til at lække meget af lyset.

Nu, Reuben Bakker, Arseniy Kuznetsov og deres kolleger ved A*STAR Data Storage Institute er kommet med en mere effektiv metode, der involverer en række cylindriske siliciumnanopartikler. Den første nanopartikel er spændt ved hjælp af lys, og derefter måler et optisk mikroskop nær markfeltet lyset, der når en anden nanopartikel længere nede på linjen (se billede). Da de gjorde dette, holdet fandt ud af, at faldet i lysintensiteten var lavt.

"Dette er den første eksperimentelle demonstration, der viser koblede resonatorer meget effektivt kan lede lys ved stærkt sub-bølgelængde dimensioner og over længder på flere hundrede mikrometer, "siger Kuznetsov." Det er det første skridt mod en helt ny tilgang til siliciumfotonik. "

Nanopartiklerne er ikke i direkte kontakt med hinanden. I stedet, lys overføres til den næste partikel gennem magnetfeltresonanser. "Hver af disse partikler er en resonansspreder - så hvis du tager en partikel, vil den sprede lys i alle retninger, "forklarer Kuznetsov." Men når vi sætter alle disse partikler i kø, de fungerer som en enkelt bølgeleder uden utæt lys. "

En stor fordel ved at bruge siliciumnanopartikler er, at de er kompatible med fremstillingsprocesserne, der i øjeblikket bruges af halvlederindustrien. "Du kan bruge de samme CMOS -processer til at lave siliciumfotonik, "siger Kuznetsov." Du ændrer bare masken og layoutet og tilføjer andre komponenter uden yderligere komplikationer. "

På trods af at have modelleret systemet og dets adfærd som en bølgeleder før målingerne, holdet var stadig overrasket over, hvor godt det fungerede i praksis. "Vi var overraskede over, at det fungerede så godt, "husker Bakker." Vi justerede lidt på geometrier, men at få dem til at fungere så godt efter bare et par iterationer var ganske uventet. "

Teamet har allerede demonstreret det samme koncept ved telekommunikationsbølgelængder. De arbejder nu på at udvikle forskellige elektroniske komponenter på chip baseret på konceptet.