Esquema da estrutura do guia de ondas do polariton AlINGaN. Crédito:Dr. Paul Walker, Universidade de Sheffield.
O campo da fotônica não linear ultrarrápida agora se tornou o foco de vários estudos, pois permite uma série de aplicações em espectroscopia on-chip avançada e processamento de informações. O último em particular requer um índice de refração óptica fortemente dependente da intensidade que pode modular pulsos ópticos mais rápido do que até mesmo em escalas de tempo de picossegundos e em escalas submilimétricas adequadas para fotônica integrada.
Apesar do tremendo progresso feito neste campo, atualmente não há plataforma que forneça tais recursos para a faixa espectral ultravioleta (UV), que é onde os espectros de banda larga gerados por modulação não linear podem ser usados para novos dispositivos ultra-rápidos de espectroscopia química e bioquímica no chip.
Agora, uma equipe internacional de cientistas, incluindo a EPFL, alcançou a não linearidade gigante de estados de matéria-luz híbridos UV ("exciton-polaritons") até a temperatura ambiente em um guia de ondas feito de AlInGaN, um material semicondutor de largo bandgap por trás da tecnologia de iluminação de estado sólido (por exemplo, LEDs brancos) e diodos de laser azul.
Publicado em Nature Communications, o estudo é uma colaboração entre a Universidade de Sheffield, ITMO São Petersburgo, Chalmers University of Technology, a Universidade da Islândia, e o LASPE do Instituto de Física da Escola de Ciências Básicas da EPFL.
Os cientistas usaram um dispositivo compacto de 100 um, para medir um alargamento espectral não linear ultrarrápido de pulsos de UV com uma não linearidade 1000 vezes maior do que a observada em materiais não lineares de UV comuns, que é comparável aos dispositivos polariton não UV.
O uso do AlInGaN é um passo significativo em direção a uma nova geração de fontes de luz UV não lineares integradas para espectroscopia e medição avançadas. "O sistema AlINGaN é uma plataforma de semicondutor altamente robusta e madura que mostra fortes transições ópticas excitônicas até a temperatura ambiente na faixa espectral de UV, "diz Raphaël Butté da EPFL, que trabalhou no estudo.