Оптические чипы предложили выращивать в чашке Петри

18 июня 2020
127

Группа исследователей из Университета ИТМО и Университета Лотарингии создала метод, который позволяет быстро и дешево создавать оптические чипы прямо в чашке Петри. Об исследовании авторы рассказали в журнале ACS Nano.

В наш обиход все больше входят устройства на основе микроскопических лазеров и работающих с их помощью оптических чипов. Такие устройства находят применение в лидарах, для разработки новых биосенсоров, а также могут в будущем стать основой новых оптических компьютеров. Эти устройства с высокой вычислительной мощностью смогут передавать и обрабатывать информацию с помощью фотонов, а не электронов.

На данный момент оптические чипы по большей части работают в инфракрасном диапазоне, однако для последующего уменьшения размера нужно заставить их излучать в видимом диапазоне. Это объясняется тем, что размер чипа зависит от длины волны, на которой идет излучение. Главные компоненты оптического чипа — лазер и волноводы. Сделать источник, который смог бы создавать лазерное излучение в зеленом или красном спектре, довольно просто, но создать такой волновод оказывается сложнее. 

«Микролазер — это источник излучения, который в дальнейшем нужно выводить куда-то, — говорит один из исследователей, старший научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Иван Синев. — Чтобы сделать это, необходимы волноводы. Но традиционные кремниевые структуры, которые используются в инфракрасной оптике, не работают в видимом диапазоне. Они способны передавать сигнал на расстояние не больше нескольких микрометров. Чтобы сделать оптический чип, нам нужно передавать сигнал на десятки микрометров. При этом нужно сохранить локализацию света в таких волноводах на высоком уровне. Это позволит создать волноводы с максимально тонким поперечником, по которым свет сможет распространяться на большие расстояния».

Исследователи уже пытались заменить кремниевые волноводы на серебряные, но и в таких системах расстояние передачи сигнала оказывалось недостаточным. В результате российские ученые вместе с французскими коллегами отказались от кремния или серебра и создали волноводы из фосфида галлия. Этот материал имеет очень небольшие потери в видимой части спектра. При этом сам микролазер исследователи изготовили из перовскита. Но, что важнее всего, и источник света, и волновод исследователи вырастили вместе в одной чашке Петри. Для этого они использовали методы растворной химии, которые намного дешевле используемой сейчас нанолитографии. Размер элементов получившегося чипа примерно в три раза меньше аналогичных устройств, которые работают в инфракрасном спектре. «Важная особенность нашего чипа — возможность перестраивать длины волны его излучения от зеленого до красного с помощью анионного обмена между перовскитом и парами галогенидов водорода, — объясняет старший научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Анатолий Пушкарев. — При этом цвет излучения можно обратимо изменять уже после создания чипа. Это может быть полезно для устройств, в которых нужно передавать сигналы на разных длинах волн. Так, для подобного устройства можно создать несколько разных лазеров, подключить их к одному волноводу, после чего по нему будет идти сразу несколько световых сигналов разного цвета».