Un gruppo di ricerca della Stanford University ha annunciato di aver prodotto con successo un efficace isolatore laser ultrasottile passivo con silicio.
I circuiti integrati basati sul silicio seguiranno la legge di Moore e potranno guidare il progresso della tecnologia dei semiconduttori. Con l'avvento dei circuiti integrati fotonici, i ricercatori sono andati oltre la tradizionale architettura dei circuiti. Tuttavia, la mancanza di una sorgente laser in chip di silicio stabile e affidabile è sempre stata un grosso ostacolo che limita il potenziale dei circuiti integrati fotonici al silicio: ogni raggio laser necessita di un isolatore per renderlo instabile e impedire che il riflesso posteriore entri nel laser.
La fibra ottica tradizionale e i grandi sistemi ottici utilizzano spesso isolatori ottici con effetto Faraday per la manutenzione del laser. Sebbene questo metodo possa essere riapplicato sul chip, la sua scalabilità è ancora scarsa perché incompatibile con la tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). D'altra parte, gli scienziati hanno anche fatto progressi nella realizzazione di isolatori non magnetici (indipendenti dall'effetto Faraday), ma questo porterà alla complessità e al consumo energetico dell'intero sistema.
Nel loro articolo pubblicato su Nature Photonics, i ricercatori della Stanford University hanno proposto che l'isolatore ideale dovrebbe essere completamente passivo e non magnetico per ottenere la scalabilità e la compatibilità senza problemi con la tecnologia CMOS.
Hanno creato un efficace isolatore passivo a livello di chip utilizzando materiale siliconico, che può essere inserito in uno strato di materiale semiconduttore centinaia di volte più sottile di un pezzo di carta. Questo isolatore a onda continua integrato, realizzato in nitruro di silicio (SiN), un materiale semiconduttore generale facile da produrre in serie, ha un effetto Kerr.
L'effetto Kerr indica che i materiali isotropi diventano birifrangenti sotto l'azione di un campo elettrico e il campo elettrico causato dalla luce porterà al cambiamento dell'indice di rifrazione del materiale, che è proporzionale all'irradiazione della luce. Quest'ultimo effetto diventa più significativo nel raggio laser di uguale intensità.
I risultati della ricerca del suddetto team mostrano che l'effetto Kerr' nell'anello SiN interrompe la degenerazione tra le modalità in senso orario e antiorario e consente la trasmissione asimmetrica delle onde. Il raggio laser principale passa attraverso l'anello SiN, facendo ruotare i fotoni in senso orario attorno all'anello. Allo stesso tempo, il raggio riflesso fa ruotare il fotone in senso antiorario. La circolazione nell'anello porta all'accumulo di energia. La maggiore potenza influenzerà il raggio più debole (in questo caso, il raggio riflesso) e il raggio più forte non ne risentirà.
Jelena Vukovovic, professore di ingegneria elettrica presso la Stanford University e autrice di ricerca senior, e il suo team avevano stabilito un prototipo come prova del concetto e dimostrato l'accoppiamento di due isolatori ad anello in cascata per ottenere prestazioni superiori. Hanno anche riferito di poter bilanciare l'isolamento e la perdita relativi all'accoppiamento del risonatore ad anello modificando l'accoppiamento.
Successivamente, i ricercatori hanno in programma di studiare ulteriormente gli isolatori con diverse frequenze ottiche e lavoreranno per ridurre questi componenti per esplorare altre applicazioni degli isolatori a livello di chip.
Fonte da ofweek.com
