Un nuevo fenómeno físico en un chip óptico que usa luces modificadas

El emparejamiento cuasifásico ha sido durante mucho tiempo un enfoque ampliamente utilizado en fotónica no lineal. Permite conversiones de frecuencia paramétricas eficientes, como la generación de segundos armónicos.

Sin embargo, en la fotónica de silicio, la tarea sigue siendo difícil.

En un nuevo estudio, los científicos del Laboratorio de Sistemas Fotónicos han introducido no linealidad óptica de segundo orden en chips de nitruro de silicio.

Camille Brès dijo: “Cuando se usa un puntero láser verde, por ejemplo, el láser en sí no es verde porque son particularmente difíciles de fabricar. Por lo tanto, cambiamos la frecuencia de un láser existente. Emite a una frecuencia la mitad que la del verde; luego lo duplicamos usando la no linealidad en un cristal que nos da verde. Nuestro estudio integra esta funcionalidad pero en chips que se pueden fabricar con técnicas estándar desarrolladas para electrónica (CMOS). Gracias a esto, podremos generar de manera eficiente diferentes colores de luz en un chip.

Existente chips fotónicos compatible con los procesos CMOS utilizan materiales fotónicos estándar. Estos materiales no poseen una no linealidad de segundo orden y, por lo tanto, no son intrínsecamente capaces de transformar la luz de esta manera. Se convierte en un obstáculo para el avance de la tecnología.

La no linealidad se utiliza para convertir la luz donde esto generalmente no es posible. Los científicos han desarrollado una técnica para inducir la no linealidad. También utilizaron un resonador, una estructura en forma de anillo que amplifica los procesos no lineales encontrados por la luz. Resonadores de nitruro de silicio, cuya tecnología se estableció en EPFL y ahora comercializados por Ligentec SA, tienen pérdidas muy bajas por lo que la luz circula en los resonadores durante mucho tiempo.

Edgars Nitiss, Ph.D. y co-primer autor, dijo: “La no linealidad proviene de la interacción entre la luz y la materia. Este intercambio debe ser largo si el proceso es funcional y eficiente. Sin embargo, el chip es un objeto pequeño que no aprovechamos a grandes distancias. La luz introducida en el resonador es capturada y viaja el tiempo necesario para aumentar la interacción no lineal.

Camille Brès dijo: “Gracias a esta técnica, la eficiencia del chip se mejora enormemente. Pero se necesita una nueva restricción. Cuando usamos un resonador, estamos limitados en cuanto a los colores disponibles.

Jianqi Hu, Ph.D. y co-primer autor señalado, “De hecho, la efectividad de un efecto no lineal también depende de la concordancia de fase entre los diferentes colores que interactúan, mientras que necesariamente tienen diferentes velocidades de propagación. Como dos autos en la carretera. Queremos que uno en el carril rápido reduzca la velocidad mientras que el otro acelera para que puedan circular uno al lado del otro y así interactuar.

Por lo general, esto se hace en casos muy limitados en un resonador. Para evitar estas limitaciones, los científicos encontraron una solución que ofrecía simultáneamente acceso a una gama de varios colores a pesar del uso del resonador.

En el resonador, las ondas de luz se propagan produciendo una interacción coherente que cambia las propiedades del material. La autoorganización de la estructura se lleva a cabo de forma totalmente óptica, lo que compensa automáticamente el cambio de fase independientemente del color de entrada.

Los científicos han notado, «Como tal, eludimos las limitaciones críticas de los resonadores mientras nos beneficiamos de su eficiencia enormemente mejorada».

Referencia de la revista:

1. Nitiss, E., Hu, J., Stroganov, A. et al. Adaptación cuasifásica reconfigurable ópticamente en microrresonadores de nitruro de silicio. Nat. Fotón. (2022). YO: 10.1038 / s41566-021-00925-5