Un dispositivo tan pequeño que es casi invisible a simple vista puede convertirse en la clave para futuros chips de detección óptica. Un equipo de investigación de la Universidad de Colorado Boulder ha desarrollado un microrresonador óptico tipo "pista de carreras" de alto-rendimiento que puede reducir significativamente la pérdida de luz, abriendo la puerta a aplicaciones como la detección química, equipos de navegación e incluso mediciones cuánticas. El artículo relevante fue publicado en el nuevo número de Applied Physics Letters.
El resultado de esta investigación es la creación de un microresonador de guía de ondas ópticas en un chip. El grosor del microresonador es sólo 1/10 de un cabello humano. El microresonador puede entenderse como un microdispositivo que "atrapa la luz". La luz circula continuamente en su interior, acumulando intensidad paulatinamente. Cuando la luz es lo suficientemente fuerte, los científicos pueden utilizarla para realizar diversas operaciones ópticas especiales. Bright, el primer autor del artículo.
Según Lu, su objetivo es permitir que este dispositivo funcione de manera eficiente con potencias ópticas más bajas.
El equipo se centró en resonadores de "pista de carreras", un dispositivo llamado así por su forma alargada que se asemeja a una pista de carreras. Adoptaron específicamente un diseño de curva suave llamado "curva euleriana", que se ve comúnmente en carreteras y ferrocarriles, porque los automóviles no pueden girar repentinamente en ángulo recto cuando viajan a altas velocidades, y lo mismo ocurre con la propagación de la luz. Si se dobla demasiado, se "resbalará".
El uso de curvas tan suaves reduce significativamente las pérdidas ópticas, lo que permite que los fotones permanezcan dentro del resonador por más tiempo, mejorando así las interacciones. Si se pierde demasiada luz, el resonador no puede acumular suficiente luz y su rendimiento se reducirá considerablemente.
Los microresonadores se fabricaron mediante litografía por haz de electrones en una sala limpia. A diferencia de la fotolitografía tradicional, que está limitada por la longitud de onda de la luz, esta tecnología puede lograr una precisión sub-nanométrica y es adecuada para procesar estructuras ópticas a micro-escala. Debido al tamaño extremadamente pequeño del dispositivo, incluso el polvo o los defectos más pequeños pueden afectar la propagación de la luz, por lo que un entorno limpio es fundamental.
La selección de materiales es igualmente crítica. El equipo utilizó un tipo de material de vidrio semiconductor de calcogenuro. Este tipo de material tiene una alta transparencia y fuertes propiedades no lineales, lo que lo hace muy adecuado para dispositivos fotónicos. Sin embargo, son difíciles de procesar y requieren un equilibrio entre rendimiento y dificultad de fabricación. Al reducir las pérdidas por flexión, el equipo creó con éxito dispositivos de pérdidas ultra-bajas- con un rendimiento comparable al de las plataformas de materiales avanzados actuales.
El equipo de investigación afirmó que en el futuro se espera que este microresonador se convierta en un componente clave de los sistemas fotónicos y pueda utilizarse en microláseres, sensores bioquímicos y dispositivos de redes cuánticas. El objetivo final es desarrollar esta tecnología en chips ópticos que puedan fabricarse a gran escala.
