دستگاهی به قدری کوچک که تقریباً با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیست، ممکن است به کلید تراشه های حسگر نوری آینده تبدیل شود. یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه کلرادو بولدر یک میکرورزوناتور نوری{1}«پیست مسابقه» با کارایی بالا ایجاد کرده است که می تواند به طور قابل توجهی اتلاف نور را کاهش دهد و در را به روی کاربردهایی مانند تشخیص شیمیایی، تجهیزات ناوبری و حتی اندازه گیری کوانتومی باز کند. مقاله مربوطه در شماره جدید Applied Physics Letters منتشر شده است.
نتیجه این تحقیق ایجاد یک ریزرزوناتور موجبر نوری بر روی یک تراشه است. ضخامت میکرورزوناتور تنها 1/10 موی انسان است. میکرورزوناتور را می توان به عنوان یک ریزدستگاه که "نور را به دام می اندازد" درک کرد. نور به طور مداوم در درون آن گردش می کند و به تدریج شدت آن را جمع می کند. زمانی که نور به اندازه کافی قوی باشد، دانشمندان می توانند از آن برای انجام عملیات های مختلف نوری خاص استفاده کنند. برایت، اولین نویسنده مقاله
به گفته لو، هدف آنها این است که این دستگاه را قادر سازند تا در توان های نوری پایین تر به طور موثر عمل کند.
این تیم بر روی تشدید کننده های "پیست مسابقه" تمرکز کردند، دستگاهی که به دلیل شکل کشیده اش که شبیه به یک مسیر مسابقه است، نام گذاری شده است. آنها به طور خاص یک طرح منحنی صاف به نام "منحنی اویلر" را اتخاذ کردند که معمولاً در جاده ها و راه آهن ها دیده می شود، زیرا اتومبیل ها نمی توانند ناگهانی در هنگام حرکت با سرعت بالا در زوایای قائم بچرخند و همین امر در مورد انتشار نور نیز صادق است. اگر خیلی شدید خم شود، "لغزش" می کند.
استفاده از چنین خمیدگی های صاف به طور قابل توجهی تلفات نوری را کاهش می دهد و به فوتون ها اجازه می دهد مدت بیشتری در داخل تشدید کننده بمانند و در نتیجه برهمکنش ها را افزایش می دهند. اگر اتلاف نور بیش از حد باشد، تشدید کننده نمی تواند نور کافی را جمع کند و عملکرد آن بسیار کاهش می یابد.
ریزرزوناتورها با استفاده از لیتوگرافی پرتو الکترونی در یک اتاق تمیز ساخته شدند. بر خلاف فتولیتوگرافی سنتی که با طول موج نور محدود می شود، این فناوری می تواند به دقت زیر{1} نانومتری دست یابد و برای پردازش ساختارهای نوری در مقیاس میکرو{2}} مناسب است. با توجه به اندازه بسیار کوچک دستگاه، حتی گرد و غبار یا نقص های کوچک ممکن است بر انتشار نور تأثیر بگذارد، بنابراین یک محیط تمیز بسیار مهم است.
انتخاب مواد به همان اندازه حیاتی است. این تیم از نوعی ماده شیشه ای نیمه هادی کالکوژنیدی استفاده کردند. این نوع مواد دارای شفافیت بالا و خواص غیرخطی قوی است که آن را برای دستگاه های فوتونیک بسیار مناسب می کند. با این حال، پردازش آنها دشوار است و نیاز به تعادل بین عملکرد و سختی ساخت دارد. با کاهش تلفات خمشی، تیم با موفقیت دستگاههای-کم-فوق العاده کم-با عملکردی قابل مقایسه با پلتفرمهای مواد پیشرفته کنونی ایجاد کرد.
تیم تحقیقاتی بیان کرد که در آینده، انتظار میرود این ریزرزوناتور به یک جزء کلیدی در سیستمهای فوتونی تبدیل شود و میتواند در میکرولیزرها، حسگرهای بیوشیمیایی و دستگاههای شبکه کوانتومی مورد استفاده قرار گیرد. هدف نهایی توسعه این فناوری به تراشه های نوری است که می توانند در مقیاس بزرگ تولید شوند.
