Los circuitos y sensores ópticos de alta velocidad generalmente requieren un control estricto sobre la polarización de la luz para minimizar la pérdida y la diafonía en dispositivos fotónicos como guías de ondas. Un equipo A * STAR predice ahora que el ruido resultante de polarizaciones imperfectas puede eliminarse utilizando microestructuras conocidas como guías de ondas de 'ranura'.

Descubierto hace poco más de una década, Las guías de ondas de ranura atrapan los campos electromagnéticos en una región estrecha entre dos tiras de materiales microfabricadas, como el silicio. Las diferencias en los índices de refracción entre las ranuras y los rieles ayudan a enfocar la luz en la ranura con una intensidad óptica y una potencia que no se ven en las guías de onda típicas. Estas propiedades imparten una sensibilidad mejorada a los sensores y generan efectos de amplificación útiles.

Una dificultad con las guías de ondas fotónicas, sin embargo, está dividiendo la radiación entrante en componentes de polarización eléctrica y magnética dentro de espacios de escala nanométrica. "Inevitablemente, habrá contaminación de la fuente de luz o defectos a lo largo de las guías de onda, "dice Jun Rong Ong del Instituto de Computación de Alto Rendimiento de A * STAR." La polarización no deseada actúa como ruido, y esto deteriora el rendimiento del dispositivo ".

Ong, junto con sus colegas Valerian Chen y Ching Eng Png, planteó la hipótesis de que un estado especial conocido como "birrefringencia cero" podría negar la necesidad de dispositivos divisores especializados que se utilizan actualmente en las guías de ondas fotónicas. La birrefringencia describe cómo la luz con una mezcla de polarizaciones puede refractarse en dos direcciones cuando atraviesa cristales con formas específicas. El equipo llevó a cabo un análisis teórico sistemático para determinar si los cambios en la altura de la guía de ondas, ángulo, y el tamaño de la ranura podría eliminar la birrefringencia de la guía de ondas, dejando solo un rayo.

"Al tener cero birrefringencia, podemos procesar la mezcla inevitable de ambas polarizaciones simultáneamente, "explica Ong." Esto significa que la huella del dispositivo podría reducirse a la mitad ".

Las simulaciones del trío mostraron que muchos parámetros estructurales podrían producir birrefringencia cero en la guía de ondas, pero algunos fueron más efectivos que otros. Asombrosamente, descubrieron que los dos rieles no tienen por qué ser simétricos:tener anchos desiguales permitía que un lado confinara una mayor cantidad de luz, y brindar un mejor control sobre el índice de refracción de la guía de ondas. En cambio, cuando el equipo probó guías de ondas con orientaciones dobladas para dar la vuelta a las esquinas, Los rieles simétricos resultaron ser los más efectivos.

En la actualidad, las tolerancias necesarias para producir las guías de onda de birrefringencia cero de los investigadores solo se pudieron realizar a través de la litografía por haz de electrones, un proceso relativamente lento. Sin embargo, confían en que las demostraciones prácticas de esta tecnología están a su alcance.

"Sería útil explorar si los dispositivos cortos, menos de unos cientos de micrómetros, puede ser independiente de la polarización en una escala de oblea, ", dice Ong." Esto podría conducir a aplicaciones con un impacto real ".