La industria fotónica moderna trabaja constantemente para hacer que sus dispositivos sean más compactos, ya sean sistemas informáticos o sensores y lidars. Para esto, es necesario hacer láseres, transistores y otros elementos más pequeños. Un equipo de científicos dirigido por investigadores de ITMO propuso un método rápido y asequible para crear chips ópticos directamente en una placa de Petri. La investigación fue publicada en ACS Nano .

Hoy dia, El uso de dispositivos basados ​​en láseres microscópicos y chips ópticos es cada vez más común. Se utilizan en la producción de lidares, en el desarrollo de nuevos biosensores, y en el futuro, pueden convertirse en la base de nuevas computadoras ópticas que utilizarán fotones en lugar de electrones para transferir y procesar información. Los chips ópticos actuales funcionan en el rango de infrarrojos (IR), es decir, los láseres que utilizan emiten en longitudes de onda invisibles para el ojo humano.

"Pero para hacer que los dispositivos sean aún más compactos, tenemos que trabajar en el rango visible, como el tamaño de un chip depende de la longitud de onda de su emisión, "dice Sergey Makarov, investigador jefe del Departamento de Física e Ingeniería de ITMO.

Un chip óptico consta de componentes como láseres y guías de ondas. Aunque crear una fuente que emita en la parte verde o roja del espectro es bastante fácil, Las guías de onda para estas longitudes de onda pueden ser un problema.

"Un microláser es una fuente de emisión que debes guiar a algún lugar, "dice Ivan Sinev, investigador senior del Departamento de Física e Ingeniería de ITMO. "Y para esto sirven las guías de ondas. Pero las guías de ondas de silicio estándar que se utilizan en la óptica de infrarrojos no funcionan en el rango visible. Transmiten la señal a no más de varios micrómetros. Para un chip óptico, necesitamos transmitir a lo largo de decenas de micrómetros con una alta localización, de modo que la guía de ondas tendría un diámetro muy pequeño y la luz iría lo suficientemente lejos a través de ella ".

Los científicos han intentado reemplazar las guías de ondas de silicio con plateadas, pero la distancia de transmisión en tales sistemas también fue insuficiente. En el final, un equipo de científicos que incluía a especialistas de la Universidad ITMO utilizó fosfuro de galio como material para las guías de ondas, ya que tiene pérdidas muy bajas en la banda visible. Pero lo más importante es que tanto la fuente de luz se puede cultivar directamente en una guía de ondas en una placa de Petri utilizando métodos de química en solución, que es mucho más barata que la nanolitografía de uso común.

El tamaño de los elementos del nuevo chip es aproximadamente tres veces más pequeño que el de sus homólogos que funcionan en el rango espectral de infrarrojos.

"La propiedad importante del chip es su capacidad para ajustar el color de emisión de verde a rojo mediante un procedimiento muy simple:un intercambio aniónico entre perovskita y vapor de haluros de hidrógeno, "dice Anatoly Pushkarev, investigador senior del Departamento de Física e Ingeniería de ITMO. "En tono rimbombante, puede cambiar el color de emisión después de la producción del chip, y este proceso es reversible. Esto podría ser útil para los dispositivos que tienen que transmitir muchas señales ópticas en diferentes longitudes de onda. Por ejemplo, puede crear varios láseres para dicho dispositivo, conéctelos a una única guía de ondas, y utilícelo para transmitir varias señales de diferentes colores a la vez ".

Los científicos también equiparon el chip recién creado con una nanoantena óptica hecha de perovskita que recibe la señal que viaja a lo largo de la guía de ondas y permite unir dos chips en un solo sistema.

"Agregamos una nanoantena en el otro extremo de nuestra guía de ondas, "explica Pavel Trofimov, Doctor. estudiante del Departamento de Física e Ingeniería de ITMO. "Y ahora, tenemos una fuente de luz, una guía de ondas, y una nanoantena que emite luz cuando es bombeada por la emisión del microláser. Le agregamos otra guía de ondas:como resultado, la emisión de un solo láser pasó a dos guías de ondas. Al mismo tiempo, la nanoantena no solo conectó estos elementos en un solo sistema, pero también convirtió parte de la luz verde en el espectro rojo ".