Azotek krzemu i synchronizacja fal
Podstawą działania nowego chipa jest falowód wykonany z azotku krzemu. To w nim zachodzi złożony proces fizyczny znany jako zdegenerowane mieszanie czterofalowe. Jak to działa w praktyce? Objęty eksperymentami układ potrafi połączyć dwie różne wiązki światła (o różnych kolorach) w jedną, trzecią, której wcześniej nie było. Cała sztuka polega na tym, by utrzymać te fale w ścisłej synchronii na możliwie długim odcinku. Recepta na sukces tkwiła w precyzyjnym zaprojektowaniu dyspersji materiału, czyli kontroli nad tym, jak różne długości fal rozchodzą się w jego wnętrzu.
Czytaj też: Wojna o AI wchodzi na nowy poziom. Microsoft pokazał chip, który ma napędzać przyszłość
Dzięki specjalnej strukturze falowodu światło pozostaje zsynchronizowane znacznie dłużej niż w konwencjonalnych rozwiązaniach. Im dłużej trwa ta synchronizacja, tym silniejsza jest pożądana interakcja i efektywniej powstaje nowy kolor. W porównaniu do tradycyjnych metod, które wymagały ogromnych mocy, nowy układ działa przy zasilaniu, które można porównać do potrzeb małego urządzenia przenośnego.
Od kwantów po mikroskopy
Potencjalne zastosowania tej technologii są bardzo różnorodne, ponieważ w obliczeniach kwantowych precyzyjne generowanie konkretnych częstotliwości światła mogłoby pomóc w tworzeniu stabilniejszych kubitów optycznych. Dla telekomunikacji otwiera się natomiast droga do bardziej efektywnego wykorzystania światłowodów. Dlaczego? Bo każdy nowy „kolor” to potencjalnie dodatkowy kanał do przesyłania informacji.
Ten chip to nowa platforma do generowania nowych kolorów światła, która może być wykorzystana w szeregu zastosowań, od obliczeń kwantowych i optycznych po obrazowanie biologiczne, czujniki chemiczne i telekomunikację – tłumaczy Marko Lončar z Harvard SEAS
Czytaj też: Atomowe skręty dają efekty, jakich fizycy nie przewidzieli. Teraz poznają prawdę o materiałach magnetycznych
W obszarze nauk przyrodniczych i medycyny technologia może doprowadzić do miniaturyzacji urządzeń do mikroskopii i spektroskopii. Urządzenia, które dziś zajmują całe pomieszczenia, mogłyby stać się przenośnymi narzędziami diagnostycznymi. Podobnie czujniki chemiczne mogłyby być mniejsze i tańsze, a ich działanie opierałoby się na wykrywaniu unikalnych „świetlnych odcisków palca” różnych substancji. Istotną zaletą jest skalowalność produkcji. Chip można wytwarzać przy użyciu standardowych procesów technologicznych stosowanych w przemyśle półprzewodnikowym, co teoretycznie ułatwia jego przyszłą komercjalizację. Nie wymaga budowy zupełnie nowych linii produkcyjnych. Szczegóły w tej sprawie zostały zaprezentowane na łamach Nature Photonics.