TPA-QCN wird durch Vakuumverdampfung abgeschieden, um eine Schicht aus Molekülen zu bilden, die spontan eine bevorzugte Ausrichtung annehmen. Diese Ausrichtung verleiht ihm eine optisch nichtlineare Reaktion zweiter-Ordnung, was bedeutet, dass Lichtstrahlen beim Durchgang interagieren können.
„Wir wurden von wunderschönen Arbeiten inspiriert, die in einem ganz anderen Bereich-organische Leuchtdioden-für Displays geleistet werden“, sagt Kéna-Cohen, Professorin für technische Physik und am Canada Research Chair in Light-Matter Photonics. „Die Forscher erkannten, dass sich bestimmte Klassen von Molekülen während der Herstellung automatisch ausrichten. In ihrem Fall führt dies zum Aufbau einer Spannung, die normalerweise die Geräteleistung beeinträchtigt. Dieser Spannungsaufbau, der polare Moleküle dazu zwingt, sich entlang einer Vorzugsrichtung auszurichten, war das erste Anzeichen dafür, dass wir ähnliche Materialien für nichtlineare Optiken verwenden können sollten.“
Nichtlineare photonische Geräte zweiter-Ordnung stehen bevor
Silizium ist heute die dominierende Plattform für integrierte Photonik, eignet sich jedoch nicht für die Herstellung von Modulatoren und Verstärkern. „Eine Zutat, die Silizium fehlt, um gute Modulatoren herzustellen, ist der Pockels-Effekt, der es einem elektrischen Feld mit Gleichstrom- ermöglicht, mit einem elektrischen Feld bei optischen Frequenzen zu interagieren-und es ist ein gutes Beispiel für einen nichtlinearen optischen Effekt zweiter{3}}Ordnung“, erklärt Kéna-Cohen. „Parametrische Verstärker und Oszillatoren basieren auf Nichtlinearitäten zweiter{6}}Ordnung. Für diese Art von Effekten müssen Ingenieure andere Materialien wie Lithiumniobat entweder als eigenständige Komponenten verwenden oder den komplexen Prozess der Integration beider durchlaufen.“
Ein weiteres Konzept beim Entwurf nichtlinearer photonischer Komponenten zweiter{0}}Ordnung ist eine Phasenanpassungsanforderung-Die Phasengeschwindigkeit der interagierenden Lichtwellen muss übereinstimmen, um destruktive Interferenzeffekte zu vermeiden. „Leider verhindert die Tatsache, dass alle Materialien eine Dispersion aufweisen, dies automatisch, daher müssen clevere Tricks zur Phasenanpassung angewendet werden. Bei Lithiumniobat besteht ein gängiger Ansatz darin, Elektroden entlang der Ausbreitungsrichtung zu verwenden, um die Domänenorientierung umzudrehen -auch bekannt als elektrische Feldpolung.“
Vorteile: Direkt auf dem-Chip hinterlegt, Doppelbrechung
Der Ansatz des Teams bringt zwei entscheidende Vorteile mit sich. „Erstens können unsere organischen Dünnfilme mithilfe von Standard-Trockenherstellungsprozessen direkt auf jedem Chip abgeschieden werden,-ohne dass man sich Gedanken über Gitteranpassung oder -übertragung machen muss“, sagt Kéna-Cohen.
Zweitens weisen ihre Filme im Vergleich zu den meisten gängigen photonischen Materialien eine extrem starke Doppelbrechung auf. „Diese Doppelbrechung ist so stark, dass wir die Phasenanpassung ‚kostenlos‘ durchführen können, wenn wir Wechselwirkungen zwischen unterschiedlich polarisierten Modi nutzen, da die unterschiedlichen Polarisationen unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen“, sagt er. „Das bedeutet, dass wir sehr effiziente Geräte entwickeln können, ohne Elektroden zum Polen zu benötigen oder kompliziertere Architekturen verwenden zu müssen.“
Sie nutzten ihren Ansatz, um das einfachste Beispiel eines nichtlinearen Prozesses zweiter -Ordnung zu demonstrieren: die Erzeugung der zweiten Harmonischen, auch bekannt als Frequenzverdopplung. Zu diesem Zweck stellten die Forscher einen Wellenleiter her, der Dauerwellen-Telekommunikationslicht in sichtbares Licht umwandelt (siehe Abbildung unten).
Ein weiteres Konzept beim Entwurf nichtlinearer photonischer Komponenten zweiter{0}}Ordnung ist eine Phasenanpassungsanforderung-Die Phasengeschwindigkeit der interagierenden Lichtwellen muss übereinstimmen, um destruktive Interferenzeffekte zu vermeiden. „Leider verhindert die Tatsache, dass alle Materialien eine Dispersion aufweisen, dies automatisch, daher müssen clevere Tricks zur Phasenanpassung angewendet werden. Bei Lithiumniobat besteht ein gängiger Ansatz darin, Elektroden entlang der Ausbreitungsrichtung zu verwenden, um die Domänenorientierung umzudrehen -auch bekannt als elektrische Feldpolung.“
Vorteile: Direkt auf dem-Chip hinterlegt, Doppelbrechung
Der Ansatz des Teams bringt zwei entscheidende Vorteile mit sich. „Erstens können unsere organischen Dünnfilme mithilfe von Standard-Trockenherstellungsprozessen direkt auf jedem Chip abgeschieden werden,-ohne dass man sich Gedanken über Gitteranpassung oder -übertragung machen muss“, sagt Kéna-Cohen.
Zweitens weisen ihre Filme im Vergleich zu den meisten gängigen photonischen Materialien eine extrem starke Doppelbrechung auf. „Diese Doppelbrechung ist so stark, dass wir die Phasenanpassung ‚kostenlos‘ durchführen können, wenn wir Wechselwirkungen zwischen unterschiedlich polarisierten Modi nutzen, da die unterschiedlichen Polarisationen unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen“, sagt er. „Das bedeutet, dass wir sehr effiziente Geräte entwickeln können, ohne Elektroden zum Polen zu benötigen oder kompliziertere Architekturen verwenden zu müssen.“
Sie nutzten ihren Ansatz, um das einfachste Beispiel eines nichtlinearen Prozesses zweiter -Ordnung zu demonstrieren: die Erzeugung der zweiten Harmonischen, auch bekannt als Frequenzverdopplung. Zu diesem Zweck stellten die Forscher einen Wellenleiter her, der Dauerwellen-Telekommunikationslicht in sichtbares Licht umwandelt (siehe Abbildung unten).
