Sensores e circuitos ópticos de alta velocidade geralmente requerem controle estrito sobre a polarização da luz para minimizar a perda e diafonia em dispositivos fotônicos, como guias de onda. Uma equipe A * STAR agora prevê que o ruído resultante de polarizações imperfeitas pode ser eliminado usando microestruturas conhecidas como guias de onda de 'slot'.

Descoberto há pouco mais de uma década, guias de ondas de fenda prendem campos eletromagnéticos em uma região estreita entre duas tiras microfabricadas de materiais, como o silício. As diferenças nos índices de refração entre os slots e os trilhos ajudam a focar a luz no slot com intensidade óptica e potência não vista em guias de onda típicos. Essas propriedades conferem sensibilidade aprimorada aos sensores e geram efeitos de amplificação úteis.

Uma dificuldade com guias de onda fotônicos, Contudo, está dividindo a radiação de entrada em componentes de polarização elétrica e magnética em espaços em escala nanométrica. "Inevitavelmente, haverá contaminação da fonte de luz ou defeitos ao longo dos guias de ondas, "diz Jun Rong Ong do Instituto de Computação de Alto Desempenho da A * STAR." A polarização indesejada atua como ruído, e isso deteriora o desempenho do dispositivo. "

Ong, junto com os colegas Valerian Chen e Ching Eng Png, levantaram a hipótese de que um estado especial conhecido como 'birrefringência zero' pode negar a necessidade de dispositivos divisores especializados usados ​​atualmente em guias de onda fotônicos. A birrefringência descreve como a luz com uma mistura de polarizações pode refratar em duas direções ao passar por cristais com formas específicas. A equipe realizou uma análise teórica sistemática para determinar se as mudanças na altura do guia de ondas, ângulo, e o tamanho do slot pode remover a birrefringência do guia de ondas, deixando apenas um único raio.

"Por ter birrefringência zero, podemos processar a mistura inevitável de ambas as polarizações simultaneamente, "explica Ong." Isso significa que a pegada do dispositivo pode ser efetivamente reduzida pela metade. "

As simulações do trio mostraram que muitos parâmetros estruturais poderiam produzir birrefringência zero no guia de ondas, mas alguns foram mais eficazes do que outros. Surpreendentemente, eles descobriram que os dois trilhos não precisam ser simétricos, tendo larguras desiguais permitindo que um lado confinasse uma quantidade maior de luz, e fornecem melhor controle sobre o índice de refração do guia de ondas. Por outro lado, quando a equipe testou guias de ondas com orientações dobradas para contornar os cantos, trilhos simétricos se mostraram mais eficazes.

Atualmente, as tolerâncias necessárias para produzir os guias de onda de birrefringência zero dos pesquisadores só poderiam ser realizadas por meio de litografia de feixe de elétrons, um processo relativamente lento. Contudo, eles estão confiantes de que as demonstrações práticas desta tecnologia estão ao seu alcance.

"Seria útil explorar se os dispositivos curtos, menos do que algumas centenas de micrômetros, pode ser independente de polarização em uma escala de wafer, "diz Ong." Isso pode levar a aplicativos com impacto real. "