Den moderna fotonikindustrin arbetar ständigt med att göra sina enheter mer kompakta, vare sig det är datorsystem eller sensorer och lidarer. För detta, det är nödvändigt att göra lasrar, transistorer och andra element mindre. Ett team av forskare ledda av ITMO-forskare föreslog en snabb och prisvärd metod för att skapa optiska chips direkt i en petriskål. Forskningen publicerades i ACS Nano .

I dag, att använda enheter som är baserade på mikroskopiska lasrar och optiska chips blir allt vanligare. De används vid tillverkning av lidarer, i utvecklingen av nya biosensorer, och i framtiden, de kan bli grunden för nya optiska datorer som kommer att använda fotoner snarare än elektroner för att överföra och bearbeta information. Dagens optiska chips fungerar i det infraröda (IR) området, d.v.s. lasrarna de använder avger vid våglängder som är osynliga för det mänskliga ögat.

"Men för att göra enheterna ännu mer kompakta, vi måste arbeta inom det synliga området, eftersom storleken på ett chip beror på våglängden på dess emission, " säger Sergey Makarov, chefsforskare vid ITMO:s institution för fysik och teknik.

Ett optiskt chip består av sådana komponenter som lasrar och vågledare. Även om det är ganska enkelt att skapa en källa som skulle avge i den gröna eller röda delen av spektrumet, vågledare för dessa våglängder kan vara ett problem.

"En mikrolaser är en källa till emission som du behöver vägleda någonstans, " säger Ivan Sinev, senior forskare vid ITMO:s institution för fysik och teknik. "Och det är vad vågledare är till för. Men de vanliga kiselvågledarna som används i IR-optik fungerar inte i det synliga området. De överför signalen inte längre än flera mikrometer. För ett optiskt chip, vi behöver sända längs tiotals mikrometer med hög lokalisering, så att vågledaren skulle ha en mycket liten diameter och ljuset skulle gå tillräckligt långt genom den."

Forskare har gjort försök att ersätta vågledare av kisel med silver, men överföringsavståndet i sådana system var också otillräckligt. I slutet, ett team av forskare som inkluderade specialister från ITMO University använde galliumfosfid som material för vågledarna, eftersom den har mycket låga förluster i det synliga bandet. Men det viktigaste är att både ljuskällan kan odlas direkt på en vågledare i en petriskål med lösningskemimetoder, vilket är mycket billigare än den vanliga nanolitografin.

Storleken på det nya chipets element är ungefär tre gånger mindre än på dess motsvarigheter som arbetar i IR-spektralområdet.

"Chipets viktiga egenskap är dess förmåga att ställa in emissionsfärgen från grönt till rött genom att använda en mycket enkel procedur:ett anjoniskt utbyte mellan perovskit och vätehalogenidånga, säger Anatolij Pushkarev, senior forskare vid ITMO:s institution för fysik och teknik. "Viktigt, du kan ändra emissionsfärgen efter chipets produktion, och denna process är reversibel. Detta kan vara användbart för enheter som måste sända många optiska signaler vid olika våglängder. Till exempel, du kan skapa flera lasrar för en sådan enhet, koppla dem till en enda vågledare, och använd den för att sända flera signaler i olika färger samtidigt."

Forskarna utrustade också det nyskapade chippet med en optisk nanoantenn gjord av perovskit som tar emot signalen som färdas längs vågledaren och gör det möjligt att förena två chip i ett enda system.

"Vi lade till en nanoantenn i andra änden av vår vågledare, " förklarar Pavel Trofimov, Ph.D. student vid ITMO:s institution för fysik och teknik. "Så nu, vi har en ljuskälla, en vågledare, och en nanoantenn som avger ljus när den pumpas av mikrolaserns emission. Vi lade till en annan vågledare till den:som ett resultat, emissionen från en enda laser gick in i två vågledare. På samma gång, nanoantennen kopplade inte bara ihop dessa element till ett enda system, men omvandlade också en del av det gröna ljuset till det röda spektrumet."