Zařízení tak malé, že je pouhým okem téměř neviditelné, se může stát klíčem k budoucím optickým snímacím čipům. Výzkumný tým z University of Colorado Boulder vyvinul-výkonný optický mikrorezonátor „racetrack“, který dokáže výrazně snížit ztráty světla a otevírá dveře aplikacím, jako je chemická detekce, navigační zařízení a dokonce i kvantová měření. Příslušný článek byl publikován v novém čísle Applied Physics Letters.
Výsledkem tohoto výzkumu je vytvoření optického vlnovodu mikrorezonátoru na čipu. Tloušťka mikrorezonátoru je pouze 1/10 lidského vlasu. Mikrorezonátor lze chápat jako mikrozařízení, které „zachycuje světlo“. Světlo v něm nepřetržitě cirkuluje a postupně nabírá intenzitu. Když je světlo dostatečně silné, vědci jej mohou využít k provádění různých speciálních optických operací. Bright, první autor článku
Podle Lu je jejich cílem umožnit tomuto zařízení efektivně fungovat při nižších optických výkonech.
Tým se zaměřil na „racetrackové“ rezonátory, zařízení pojmenované pro svůj podlouhlý tvar, který připomíná závodní dráhu. Konkrétně přijali návrh hladké křivky nazývaný „eulerovská křivka“, která je běžně k vidění na silnicích a železnicích, protože auta se při jízdě vysokou rychlostí nemohou náhle otočit do pravého úhlu a totéž platí pro šíření světla. Pokud se ohne příliš prudce, bude „klouznout“.
Použití takových hladkých ohybů výrazně snižuje optické ztráty, což umožňuje fotonům zůstat uvnitř rezonátoru déle, čímž se posilují interakce. Pokud dojde k příliš velkým ztrátám světla, rezonátor nemůže akumulovat dostatek světla a jeho výkon se značně sníží.
Mikrorezonátory byly vyrobeny pomocí elektronové litografie v čisté místnosti. Na rozdíl od tradiční fotolitografie, která je omezena vlnovou délkou světla, může tato technologie dosáhnout sub-nanometrové přesnosti a je vhodná pro zpracování optických struktur v mikro-měřítku. Vzhledem k extrémně malým rozměrům zařízení může i drobný prach nebo vady ovlivnit šíření světla, takže čisté prostředí je zásadní.
Výběr materiálu je stejně důležitý. Tým použil typ chalkogenidového polovodičového skleněného materiálu. Tento typ materiálu má vysokou průhlednost a silné nelineární vlastnosti, díky čemuž je velmi vhodný pro fotonická zařízení. Jsou však obtížně zpracovatelné a vyžadují rovnováhu mezi výkonem a výrobní náročností. Snížením ohybových ztrát tým úspěšně vytvořil ultra-nízkoztrátová{5}}zařízení s výkonem srovnatelným se současnými platformami pokročilých materiálů.
Výzkumný tým uvedl, že v budoucnu se očekává, že se tento mikrorezonátor stane klíčovou součástí fotonických systémů a může být použit v mikrolaserech, biochemických senzorech a zařízeních kvantových sítí. Konečným cílem je vyvinout tuto technologii do optických čipů, které lze vyrábět ve velkém měřítku.
