A indústria fotônica moderna está constantemente trabalhando para tornar seus dispositivos mais compactos, sejam sistemas de computação ou sensores e lidars. Por esta, é preciso fazer lasers, transistores e outros elementos menores. Uma equipe de cientistas liderada por pesquisadores da ITMO propôs um método rápido e acessível para criar chips ópticos direto em uma placa de Petri. A pesquisa foi publicada em ACS Nano .

Hoje, o uso de dispositivos baseados em lasers microscópicos e chips ópticos está se tornando cada vez mais comum. Eles são usados ​​na produção de lidars, no desenvolvimento de novos biossensores, e no futuro, eles podem se tornar a base para novos computadores ópticos que usarão fótons em vez de elétrons para transferir e processar informações. Os chips ópticos de hoje operam na faixa do infravermelho (IR), ou seja, os lasers que eles usam emitem em comprimentos de onda que são invisíveis ao olho humano.

"Mas para tornar os dispositivos ainda mais compactos, precisamos trabalhar na faixa visível, como o tamanho de um chip depende do comprimento de onda de sua emissão, "diz Sergey Makarov, pesquisador-chefe do Departamento de Física e Engenharia da ITMO.

Um chip óptico consiste em componentes como lasers e guias de onda. Embora seja muito fácil criar uma fonte que emitiria na parte verde ou vermelha do espectro, guias de ondas para esses comprimentos de onda podem ser um problema.

"Um microlaser é uma fonte de emissão que você precisa orientar em algum lugar, "diz Ivan Sinev, pesquisador sênior do Departamento de Física e Engenharia da ITMO. "E é para isso que servem os guias de onda. Mas os guias de onda de silício padrão usados ​​na óptica de infravermelho não funcionam na faixa visível. Eles transmitem o sinal não além de vários micrômetros. Para um chip óptico, precisamos transmitir ao longo de dezenas de micrômetros com uma alta localização, para que o guia de ondas tivesse um diâmetro muito pequeno e a luz pudesse ir suficientemente longe através dele. "

Os cientistas têm feito tentativas para substituir os guias de onda de silício por prata, mas a distância de transmissão em tais sistemas também era insuficiente. No fim, uma equipe de cientistas que incluiu especialistas da Universidade ITMO usou fosfeto de gálio como material para os guias de ondas, pois tem perdas muito baixas na faixa visível. Mas o mais importante é que ambas as fontes de luz podem ser cultivadas diretamente em um guia de ondas em uma placa de Petri usando métodos de química de solução, que é muito mais barato do que a nanolitografia comumente usada.

O tamanho dos elementos do novo chip é cerca de três vezes menor do que seus equivalentes que trabalham na faixa espectral de infravermelho.

"A propriedade importante do chip é sua capacidade de ajustar a cor da emissão de verde para vermelho usando um procedimento muito simples:uma troca aniônica entre a perovskita e o vapor de halogenetos de hidrogênio, "diz Anatoly Pushkarev, pesquisador sênior do Departamento de Física e Engenharia da ITMO. "Importante, você pode mudar a cor da emissão após a produção do chip, e este processo é reversível. Isso pode ser útil para os dispositivos que precisam transmitir muitos sinais ópticos em diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, você pode criar vários lasers para tal dispositivo, conecte-os a um único guia de ondas, e usá-lo para transmitir vários sinais de cores diferentes ao mesmo tempo. "

Os cientistas também equiparam o chip recém-criado com uma nanoantena óptica feita de perovskita que recebe o sinal que viaja ao longo do guia de ondas e permite unir dois chips em um único sistema.

"Adicionamos uma nanoantena na outra extremidade do nosso guia de ondas, "explica Pavel Trofimov, Ph.D. estudante do Departamento de Física e Engenharia da ITMO. "Então agora, temos uma fonte de luz, um guia de ondas, e uma nanoantena que emite luz quando bombeada pela emissão do microlaser. Adicionamos outro guia de ondas a ele:como resultado, a emissão de um único laser foi para dois guias de onda. Ao mesmo tempo, a nanoantena não conectou apenas esses elementos em um único sistema, mas também converteu parte da luz verde no espectro vermelho. "