Forskere dyrker optiske chips i en petriskål

Den moderne fotonikindustri arbejder konstant på at gøre sine enheder mere kompakte, det være sig computersystemer eller sensorer og lidarer. For det, det er nødvendigt at lave lasere, transistorer og andre elementer mindre. Et team af forskere ledet af ITMO-forskere foreslog en hurtig og overkommelig metode til at skabe optiske chips lige i en petriskål. Forskningen blev offentliggjort i ACS Nano .

I dag, at bruge enheder, der er baseret på mikroskopiske lasere og optiske chips, bliver mere og mere almindeligt. De bruges til fremstilling af lidarer, i udviklingen af ​​nye biosensorer, og i fremtiden, de kan blive grundlaget for nye optiske computere, der vil bruge fotoner frem for elektroner til at overføre og behandle information. Dagens optiske chips fungerer i det infrarøde (IR) område, dvs. de lasere, de bruger, udsender ved de bølgelængder, der er usynlige for det menneskelige øje.

"Men for at gøre enhederne endnu mere kompakte, vi skal arbejde i det synlige område, da størrelsen af ​​en chip afhænger af bølgelængden af ​​dens emission, " siger Sergey Makarov, chefforsker ved ITMOs Institut for Fysik og Teknik.

En optisk chip består af sådanne komponenter som lasere og bølgeledere. Selvom det er ret nemt at oprette en kilde, der ville udsende i den grønne eller røde del af spektret, bølgeledere for disse bølgelængder kan være et problem.

"En mikrolaser er en kilde til emission, som du skal guide et sted hen, "siger Ivan Sinev, seniorforsker ved ITMOs Institut for Fysik og Teknik. "Og det er det, bølgeledere er til for. Men de standard siliciumbølgeledere, der bruges i IR-optik, virker ikke i det synlige område. De sender signalet ikke længere end flere mikrometer. For en optisk chip, vi er nødt til at transmittere langs snesevis af mikrometer med en høj lokalisering, så bølgelederen ville have en meget lille diameter, og lyset ville gå tilstrækkeligt langt igennem den."

Forskere har gjort forsøg på at erstatte siliciumbølgeledere med sølv, men transmissionsafstanden i sådanne systemer var også utilstrækkelig. Til sidst, et team af forskere, der omfattede specialister fra ITMO University, brugte galliumphosphid som materiale til bølgelederne, da den har meget lave tab i det synlige bånd. Men det vigtigste er, at både lyskilden kan dyrkes direkte på en bølgeleder i en petriskål ved hjælp af opløsningskemimetoder, hvilket er langt billigere end den almindeligt anvendte nanolitografi.

Størrelsen af ​​den nye chips elementer er omkring tre gange mindre end dens modstykker, der arbejder i IR-spektralområdet.

"Chippens vigtige egenskab er dens evne til at justere emissionsfarven fra grøn til rød ved at bruge en meget simpel procedure:en anionisk udveksling mellem perovskit og hydrogenhalogeniddamp, " siger Anatoly Pushkarev, seniorforsker ved ITMOs Institut for Fysik og Teknik. "Vigtigt, du kan ændre emissionsfarven efter chippens produktion, og denne proces er reversibel. Dette kan være nyttigt for de enheder, der skal transmittere mange optiske signaler ved forskellige bølgelængder. For eksempel, du kan oprette flere lasere til sådan en enhed, forbinde dem til en enkelt bølgeleder, og brug den til at transmittere flere signaler i forskellige farver på én gang. "

Forskerne udstyrede også den nyoprettede chip med en optisk nanoantenne lavet af perovskit, der modtager signalet, der rejser langs bølgelederen og tillader at forene to chips i et enkelt system.

"Vi tilføjede en nanoantenne i den anden ende af vores bølgeleder, " forklarer Pavel Trofimov, Ph.D. studerende ved ITMOs Institut for Fysik og Teknik. "Så nu, vi har en lyskilde, en bølgeleder, og en nanoantenna, der udsender lys, når den pumpes af mikrolaserens emission. Vi tilføjede en anden bølgeleder til det:som et resultat, emissionen fra en enkelt laser gik ind i to bølgeledere. På samme tid, nanoantennen forbandt ikke bare disse elementer til et enkelt system, men konverterede også en del af det grønne lys til det røde spektrum."