گروهی از محققان امریکایی و کره‌ای در تلاشند تا با استفاده از نوری که از نانوسیم‌های نیمه‌رسانای فعال تابش می‌شود، موج‌برهای بلور فوتونیک را روشن کنند. طبق اظهارات این گروه، ساخت این مجموعه نانوسیم/بلور فوتونیک، پیشرفتی بزرگ در راه دستیابی به پردازش تمام‌نوری در مدارهای فوتونیک مجتمع در نانومقیاس است.
روشن کردن موج‌برهای بلور فوتونیک با استفاده از نانوسیم‌ها
گروهی از محققان امریکایی و کره‌ای در تلاشند تا با استفاده از نوری که از نانوسیم‌های نیمه‌رسانای فعال تابش می‌شود، موج‌برهای بلور فوتونیک را روشن کنند. طبق اظهارات این گروه، ساخت این مجموعه نانوسیم/بلور فوتونیک، پیشرفتی بزرگ در راه دستیابی به پردازش تمام‌نوری در مدارهای فوتونیک مجتمع در نانومقیاس است.
هانگ‌یو پارک از دانشگاه کره در کره جنوبی، درباره این کشف گفت:«در این پژوهش، ما برای نخستین بار، نانوسیم‌های نیمه‌رسانای فعال را با موج‌برهای بلور فوتونیک ادغام کرده‌ایم. حاصل این کار، یک ساختار نانوسیم/بلور فوتونیکی ترکیبی است که می‌تواند نور را به شکل مؤثری، در موج‌برهای بلور فوتونیک بر روی یک تراشه تابش کند.»
تحویل مؤثر فوتون‌های تابش‌شده از چشمه‌ها به مدارهای فوتونیک، یکی از ضروریات سیستم‌های دارای فیبر نوری یا اپتیک مجتمع است. جفت شدگی تابش‌کننده‌های نور با فیبرهای نوری یا موج‌برها به شکلی قوی بر روی عملکرد ابزارهای فوتونیکی که در پردازش اطلاعات و ارتباطات نوری استفاده می‌شوند، اثر می‌گذارد.
پارک توضیح داد:«راهکارهای زیادی برای ارتقای تطابق امپدانس در سیستم‌های LED به فیبر یا محفظه به موج‌برِ بلور فوتونیک پیشنهاد شده‌است. با این حال، جفت شدگی مؤثر چشمه‌های نوری مجتمع با مدارهای نانوفوتونیک، هنوز یکی از چالش‌های محققان است.» طبق اظهارات پارک، موج‌برهای بلور فوتونیک قابلیت بسیار بالایی برای استفاده در ارتباطات نوری دارند. نانوسیم‌های نیمه‌رسانا می‌توانند به‌عنوان یک چشمه نوری نانومقیاس -که از یک ناحیه تابش‌کننده کوچک و با مصرف توان پایین، دارای تشعشع بالایی است- عمل کنند. با ادغام این دو فناوری، این گروه یک ساختار ترکیبی ساختند که می‌تواند پردازش نوری مجتمعِ نانومقیاس را تسهیل کرده، کاربردهای عملی چشمه‌های تک‌فوتونی را توسعه بدهد.
پارک افزود:«ما یک تابش‌کننده نانوسیمی نیمه‌رسانای تک‌بلور را که به روش پایین به بالا(bottom-up) ساخته شده با یک موج‌بر بلور فوتونیکِ ساخته‌شده به روش بالا به پایین(top-down) ادغام کردیم. این نانوسیم از لحاظ اندازه با بلور فوتونیک قابل مقایسه است و به همین دلیل، امپدانس در این دو ساختار، یکسان است و این امر، به افزایش بازده ابزار می‌انجامد، همچنین با بهینه‌تر کردن این ساختار، باید تلفات نوری به میزان بسیار زیادی کاهش یابد.»
در این تجهیزات، نانوسیم‌های نیمه‌رسانای تک‌بلوره تصافاً در درون یک لایه شفافِ سیلیکون-نیترید پخش شدند. نور با استفاده از یک نیروی محرکه نوری یا الکتریکی از نانوسیمِ نیمه‌رسانا، تابش، سپس به‌وسیله باندگپِ فوتونیک، در جهت افقی و به‌وسیله بازتابش داخلی کلی، در جهت عمودی هدایت می‌شود.
گام بعدی برای این گروه، ارتقای بازده ابزار از طریق بهینه‌تر کردن ساختار مذکور است. پارک در این باره گفت:«لازم است تا بر روی صافی سطح حفره‌ها(که دلیل اصلی تلفات موج‌بر است) بررسی دقیقی انجام گیرد.»
نتایج این تحقیق در نشریه Nature Photonics به چاپ رسیده‌است.
