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빛으로 개선된 광칩

크레딧: EPFL

기술은 점점 더 소형화와 에너지 효율성을 향해 나아가고 있습니다. 이것은 전자 칩에도 적용됩니다. 빛과 광학은 더 광범위하게는 작고 휴대 가능한 칩을 만드는 기능을 합니다. Camille Brès 교수가 이끄는 Photonic Systems Laboratory의 연구원들은 실리콘 질화물 칩에 2차 광학 비선형성을 도입하는 새로운 원리를 성공적으로 적용했습니다. 저널에 처음 보고됨 네이처 포토닉스.


다양한 색상의 빛

“예를 들어 녹색 레이저 포인터를 사용할 때 레이저 자체는 특히 제조가 ​​어렵기 때문에 녹색이 아닙니다. 그래서 기존 레이저의 주파수를 변경합니다. 녹색의 절반인 주파수에서 방출한 다음 두 배로 늘립니다. 우리의 연구는 이 기능을 통합하지만 전자공학(CMOS)을 위해 개발된 표준 기술로 제조할 수 있는 칩에서 이루어집니다. 덕분에 우리는 다양한 색상을 효율적으로 생성할 수 있을 것입니다. “라고 Camille Brès는 설명합니다. 시연된 접근 방식은 이전에 구현된 적이 없었습니다. CMOS 프로세스와 호환되는 현재의 포토닉 칩은 실리콘과 같은 표준 포토닉 재료를 사용합니다. 이 재료는 2차 비선형성을 갖지 않으므로 본질적으로 이 방식에서 빛을 변환할 수 없습니다. 교수는 “이것은 기술 발전의 걸림돌로 판명됐다”고 덧붙였다.

앰프 링

공과 대학의 과학자들은 비선형성을 유도하는 기술을 개발했습니다. 이는 일반적으로 그렇게 할 수 없는 빛을 변환하는 데 사용하는 것입니다. 또한 이 변환을 효과적으로 수행하기 위해 빛이 경험하는 비선형 프로세스를 확대하는 링 모양의 구조인 공진기를 사용했습니다. EPFL에서 확립된 기술로 현재 Ligentec SA에서 상용화된 실리콘 질화물 공진기는 매우 낮은 손실을 나타내어 공진기에서 빛이 매우 오랫동안 순환합니다. “비선형성은 빛과 물질 사이의 상호 작용에서 비롯됩니다. 프로세스가 기능적이고 효율적이려면 이러한 교환이 길어야 합니다. 그러나 칩은 장거리의 이점을 얻을 수 없는 작은 물체입니다.”라고 Edgars Nitiss는 설명합니다. 박사 그리고 공동 제1저자. 공진기로 유입된 빛은 포착되어 비선형 상호작용이 증가하는 데 필요한 시간을 이동합니다.

고속도로에 두 대의 자동차

이 기술 덕분에 칩의 효율성이 크게 향상되었습니다. 그러나 새로운 제약이 부과됩니다. 공진기를 사용할 때 사용 가능한 색상이 제한적입니다.”라고 Camille Brès는 말합니다. 실제로 비선형 효과의 효과는 서로 다른 상호 작용 색상 간의 위상 일치에 따라 달라지지만 필연적으로 다른 전파 속도를 갖게 됩니다. 고속도로에 두 대의 자동차가 있습니다. 우리는 빠른 차선에 있는 자동차가 속도를 낮추고 다른 자동차가 가속하여 서로 옆으로 굴러 상호 작용할 수 있기를 바랍니다.”라고 Jianqi Hu, Ph.D. 그리고 공동 제1저자. 이것은 일반적으로 공진기에서 매우 제한된 경우에만 달성됩니다. 연구원들은 이러한 제약을 피하고 공진기의 사용에도 불구하고 여러 색상 범위에 대한 액세스를 제공하는 솔루션을 찾았습니다. 에서 공명기, 광파가 전파되어 재료의 특성을 변경하는 일관된 상호 작용을 생성합니다. 구조의 자체 구성은 입력에 관계없이 위상 불일치를 자동으로 보정하는 완전히 광학적인 방식으로 이루어집니다. 색상. 따라서 우리는 공진기의 강력한 효율성 향상의 이점을 계속 누리면서 공진기의 중요한 한계를 우회합니다.”라고 연구원은 결론지었습니다.


기가헤르츠 범위의 온칩 주파수 시프터는 차세대 양자 컴퓨터 및 네트워크에 사용될 수 있습니다.


추가 정보:
Edgars Nitiss et al, 광학적으로 재구성 가능한 실리콘 질화물 마이크로 공진기의 준위상 매칭, 네이처 포토닉스 (2022). DOI: 10.1038 / s41566-021-00925-5

소환: 빛에 의해 개선된 광학 칩(2022년 1월 7일) https://phys.org/news/2022-01-optical-chip.html에서 2022년 1월 23일 검색

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