Ett nytt sätt att effektivt styra ljus i små skalor har demonstrerats av ett helt A*STAR-team. Deras metod, vilket innebär att kiselnanopartiklar raderas, är lovande för applikationer som ljusbaserade integrerade kretsar, biosensorer och kvantkommunikation.

Att transportera ljus i små skalor är avgörande för många applikationer och utförs vanligtvis med rektangulära kiselvågledare - den optiska kretsen som motsvarar ledningar i elektroniska kretsar. För att ytterligare krympa enheter, metalliska nanopartiklar har utforskats som ett alternativ, men även om de är väldigt bra på att begränsa ljus till små skalor, de tenderar att läcka mycket av ljuset.

Nu, Reuben Bakker, Arseniy Kuznetsov och deras kollegor vid A*STAR Data Storage Institute har kommit på en mer effektiv metod som involverar en sträng av cylindriska kiselnanopartiklar. Den första nanopartikeln exciteras med hjälp av ljus och sedan mäter ett närfältsscannande optiskt mikroskop ljuset som når en annan nanopartikel längre ner i linjen (se bild). När de gjorde detta, teamet fann att fallet i ljusintensiteten var lågt.

"Detta är den första experimentella demonstrationen som visar att kopplade resonatorer mycket effektivt kan styra ljus vid kraftigt sub-våglängdsdimensioner och över längder på flera hundra mikrometer, " säger Kuznetsov. "Det är det första steget mot ett helt nytt synsätt på kiselfotonik."

Nanopartiklarna är inte i direkt kontakt med varandra. Istället, ljus överförs till nästa partikel genom magnetfältsresonanser. "Var och en av dessa partiklar är en resonansspridare - så om du tar en partikel kommer den att sprida ljus i alla riktningar, " förklarar Kuznetsov. "Men när vi radar alla dessa partiklar upp, de fungerar som en enda vågledare utan att läcka ljus."

En stor fördel med att använda nanopartiklar av kisel är att de är kompatibla med de tillverkningsprocesser som för närvarande används av halvledarindustrin. "Du kan använda samma CMOS-processer för att göra kiselfotonik, " säger Kuznetsov. "Du ändrar bara masken och layouten och lägger till andra komponenter utan några ytterligare komplikationer."

Trots att ha modellerat systemet och dess beteende som en vågledare innan mätningarna utfördes, teamet var fortfarande förvånade över hur bra det fungerade i praktiken. "Vi blev förvånade över att det fungerade så bra, " påminner Bakker. "Vi finjusterade geometrierna lite, men att få dem att prestera så bra efter bara några upprepningar var ganska oväntat."

Teamet har redan demonstrerat samma koncept vid telekommunikationsvåglängder. De arbetar nu med att utveckla olika fotoniska komponenter på chip baserat på konceptet.