к списку новостей

Новости

17 июня 2020 года, 14:06

Ученые предлагают выращивать оптические чипы в обычной чашке Петри

Современная индустрия фотоники ведет непрерывную гонку за компактностью устройств, начиная от систем вычисления и заканчивая сенсорами и лидарами. Для этого исследователи всего мира постоянно работают над тем, чтобы уменьшить размер лазеров, транзисторов и других комплектующих. Группа ученых во главе с сотрудниками Университета ИТМО предложила метод, позволяющий быстро и дешево создавать оптические чипы прямо в обычной чашке Петри. Работа опубликована в журнале ACS Nano.

Люди все чаще используют устройства на основе микроскопических лазеров и работающих на их основе оптических чипов. Они нужны для создания лидаров, для разработки новых биосенсоров, а в перспективе могут лечь в основу новых оптических компьютеров. Такие компьютеры будут передавать и обрабатывать информацию не с помощью движения электронов, а с помощью частиц света – фотонов. Сейчас оптические чипы зачастую работают в инфракрасном диапазоне, то есть лазер в них излучает свет в ИК-спектре, не видимом человеческому глазу. «Однако для дальнейшей компактизации необходим переход в видимый диапазон, – рассказывает главный научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Сергей Макаров, – поскольку размер чипа зависит от длины волны, на которой идет излучение»

Оптический чип состоит из таких основных компонентов, как лазер и волноводы. Если сделать источник, который бы генерировал лазерное излучение в зеленом или красном спектре, сравнительно просто, то с волноводом проблему решить сложнее.

«Микролазер является источником излучения, который в дальнейшем нужно выводить куда-то, – рассказывает старший научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Иван Синев, – для этого и существуют волноводы. Однако стандартные кремниевые волноводы, которые используются в инфракрасной оптике, не работают в видимом диапазоне. Они передают сигнал не далее, чем на несколько микрометров. Для оптического чипа нам нужна передача на десятки микрометров, при этом локализация света в этих волноводах должна быть высокая, чтобы волновод имел максимально тонкий поперечник, а свет при этом бежал бы по нему достаточно далеко».

Ученые предпринимали попытки заменить кремниевые волноводы на серебряные, однако и в таких системах расстояние передачи сигнала не было достаточным. В итоге группа ученых, в которую вошли специалисты Университета ИТМО, отказалась от кремния или серебра, и сделала волноводы из фосфида галлия. Этот материал обладает очень маленькими потерями в видимой части спектра. При этом сам микролазер сделан из перовскита. Однако самое главное – и источник света, и волновод выращиваются вместе в одной чашке Петри методами растворной химии, что намного дешевле используемой сейчас нанолитографии.

Размер элементов получившегося чипа примерно в три раза меньше, нежели у аналогов, работающих в инфракрасном спектре. «Важной особенностью чипа является возможность перестройки длины волны его излучения от зеленого до красного простым методом анионным обменом между перовскитом и парами галогенидов водорода, – отмечает старший научный сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Анатолий Пушкарев, – причем, цвет излучения можно поменять уже после создания чипа, и этот процесс обратим. Это может быть полезно для устройств, в которых необходима передача сигнала на разных длинах волн. Так, для подобного устройства можно создать несколько разных лазеров, подключить их к одному волноводу, и тогда по нему будет идти сразу несколько световых сигналов разного цвета».

Также ученые установили на созданный ими чип оптическую наноантенну из перовскита, которая улавливает сигнал, идущий по волноводу, и позволяет связать два чипа в одну систему. «Мы добавили наноантенну на другой конец нашего волновода, – поясняет аспирант физико-технического о факультета Университета ИТМО Павел Трофимов, – то есть у нас есть генератор света, волновод и наноантенна, которая светится под воздействием излучения нанолазера. К ней мы приставили другой волновод. В результате излучение от одного лазера передавалось на два волновода. При этом наноантенна не только эффективно связывала все это в единую систему, но и преобразовывала часть зеленого света в красный спектр».

Статья:  

Pavel Trofimov, Anatoly P. Pushkarev, Ivan S. Sinev, Vladimir V. Fedorov, Stéphanie Bruyère, Alexey Bolshakov, Ivan S. Mukhin, and Sergey V. Makarov,

Perovskite - Gallium Phosphide Platform for Reconfigurable Visible-Light Nanophotonic Chip

ACS Nano, 2020/10.1021/acsnano.0c01104

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c01104

###

Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, лидер Проекта 5-100. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др. Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication. С 2013 года — участникПроекта 5-100.

 

С 2016 г. Университет ИТМО входит вТОП-100 лучших вузов мира в области компьютерных наук по версии предметного рейтинга Times Higher Education. В 2019 г. вуз дебютировал вТОП-100 по направлению  «Автоматизация и управление» Шанхайского предметного рейтинга (ARWU). В предметных рейтингах QS за 2019 г. Университет ИТМО представлен вТОП-300 лучших вузов мира по инженерным наукам (Engineering and Technology) и физическим наукам (Physics & Astronomy), а также стал единственным российским вузом в рейтинге QS по искусству и дизайну (Art & Design), войдя в ТОП-200 лучших вузов мира.

 

Источник:

Пресс-служба | Press Office
Университет ИТМО | ITMO University

 

 

Поиск по дате: