Işık frekansını değiştiren çip geliştirildi
Harvard, UT Austin ve UC Irvine araştırmacıları, nano ölçekli metayüzeyleri kuantum kuyularıyla birleştiren kompakt bir frekans dönüştürücü geliştirdi. Yarı iletken üretim süreçleriyle uyumlu yapı, telekomünikasyon ve kuantum fotonik sistemlerinde daha küçük optik bileşenlerin önünü açıyor.
Harvard John A. Paulson Mühendislik Okulu ile Texas ve Kaliforniya üniversitelerinden araştırmacılar, ışığın frekansını yüksek verimlilikle değiştirebilen yeni bir yarı iletken mimarisi geliştirdi. Cihaz, galyum arsenit ve alüminyum galyum arsenitten oluşan çoklu kuantum kuyularını nano ölçekli sütunlardan meydana gelen bir metayüzeyle birleştiriyor. Bu hibrit yapı, ışığı malzeme içinde daha güçlü biçimde hapsedip yönlendirerek doğrusal olmayan optik etkileşimi artırıyor.
HİBRİT MİMARİ
Araştırmacılar, elektronik enerji seviyelerini çoklu kuantum kuyularıyla, elektromanyetik alanın simetrisini ise metayüzey geometrisiyle kontrol etti. Böylece ışık ile madde arasındaki etkileşim güçlendirildi. Deneylerde sistemin, desenlenmemiş geleneksel levhalara göre üç kat daha yüksek doğrusal olmayan optik tepki ürettiği belirtildi. Bu yaklaşım, lityum niobat gibi daha hacimli ve ölçeklenmesi güç malzemelere alternatif oluşturabilecek kompakt bir yapı sunuyor.
FREKANS DÖNÜŞÜMÜ
Yeni cihaz, fiber optik iletişimde kullanılan yakın kızılötesi dalga boylarında frekans dönüşümünü gerçekleştirebiliyor. Bu sayede geleneksel lazerlerle doğrudan üretilmesi zor olan optik frekansların daha küçük bir yarı iletken yapı içinde elde edilmesi mümkün hale geliyor. Sistem hem serbest uzay optiğinde hem de entegre fotonik çiplerde kullanılabilecek şekilde tasarlandı.
KUANTUM FOTONİK
Yüksek doğrusal olmayan optik tepki, kuantum iletişimi ve kuantum hesaplama sistemleri açısından da önem taşıyor. Araştırmacılar, mimarinin dolanık foton çiftlerinin üretilmesinde verimli bir kaynak olarak kullanılabileceğini belirtiyor. Bu özellik, kuantum fotonik bileşenlerin küçültülmesi ve daha yoğun entegre sistemlere taşınması açısından yeni tasarım olanakları sunuyor.
SERİ ÜRETİM
Harvard laboratuvarlarında Prof. Federico Capasso ve doktora öğrencisi Pernille Undrum Fathi liderliğinde yürütülen çalışmada, bileşik yarı iletken malzemeler ile düzlemsel nanofabrikasyon yöntemleri kullanıldı. Bu üretim yaklaşımı, mevcut yarı iletken dökümhanelerinde kullanılan süreçlerle uyumlu olacak şekilde geliştirildi. Böylece laboratuvar ölçeğindeki cihazların entegre fotonik çiplere ve daha büyük üretim hacimlerine taşınması için teknik bir temel oluşturuldu.