Um dispositivo tão pequeno que é quase invisível a olho nu pode se tornar a chave para futuros chips de detecção óptica. Uma equipe de pesquisa da Universidade do Colorado em Boulder desenvolveu um microressonador óptico de "pista de corrida" de alto-desempenho que pode reduzir significativamente a perda de luz, abrindo a porta para aplicações como detecção química, equipamentos de navegação e até mesmo medição quântica. O artigo relevante foi publicado na nova edição da Applied Physics Letters.
O resultado desta pesquisa é criar um microrressonador de guia de onda óptico em um chip. A espessura do microrressonador é de apenas 1/10 de um fio de cabelo humano. O microrressonador pode ser entendido como um microdispositivo que “captura a luz”. A luz circula continuamente dentro dele, acumulando gradualmente intensidade. Quando a luz é forte o suficiente, os cientistas podem usá-la para realizar várias operações ópticas especiais. Bright, o primeiro autor do artigo
Segundo Lu, o objetivo é permitir que esse dispositivo opere com eficiência em potências ópticas mais baixas.
A equipe se concentrou em ressonadores de “pista de corrida”, um dispositivo assim chamado por seu formato alongado que lembra uma pista de corrida. Eles adotaram especificamente um desenho de curva suave chamado "curva Euleriana", que é comumente vista em estradas e ferrovias, porque os carros não podem virar repentinamente em ângulos retos quando viajam em altas velocidades, e o mesmo se aplica à propagação da luz. Se dobrar muito bruscamente, "escorregará".
O uso dessas curvas suaves reduz significativamente as perdas ópticas, permitindo que os fótons permaneçam dentro do ressonador por mais tempo, melhorando assim as interações. Se houver muita perda de luz, o ressonador não poderá acumular luz suficiente e seu desempenho será bastante reduzido.
Os microrressonadores foram fabricados usando litografia por feixe de elétrons em sala limpa. Ao contrário da fotolitografia tradicional, que é limitada pelo comprimento de onda da luz, essa tecnologia pode atingir precisão sub{1}}nanométrica e é adequada para processar estruturas ópticas em micro{2}}escala. Devido ao tamanho extremamente pequeno do dispositivo, mesmo pequenas poeiras ou defeitos podem afectar a propagação da luz, pelo que um ambiente limpo é crucial.
A seleção de materiais é igualmente crítica. A equipe usou um tipo de material de vidro semicondutor de calcogeneto. Este tipo de material possui alta transparência e fortes propriedades não lineares, tornando-o muito adequado para dispositivos fotônicos. No entanto, são difíceis de processar, exigindo um equilíbrio entre desempenho e dificuldade de fabricação. Ao reduzir as perdas por flexão, a equipe criou com sucesso dispositivos com perdas ultra{4}}baixas-com desempenho comparável às atuais plataformas de materiais avançados.
A equipe de pesquisa afirmou que, no futuro, este microrressonador deverá se tornar um componente-chave em sistemas fotônicos e poderá ser usado em microlasers, sensores bioquímicos e dispositivos de rede quântica. O objetivo final é desenvolver esta tecnologia em chips ópticos que possam ser fabricados em larga escala.
