Científicos han logrado un avance significativo en el campo de la fotónica UV al crear resonadores ópticos basados ​​en chips que operan en las regiones ultravioleta (UV) y visible del espectro con una pérdida de luz ultravioleta mínima récord. El desarrollo de estos resonadores abre posibilidades para la creación de dispositivos en miniatura basados ​​en chips y avances en campos como la espectroscopia, la comunicación submarina y el procesamiento de información cuántica.

La fotónica UV, aunque menos explorada en comparación con la fotónica de telecomunicaciones y visible, es crucial para acceder a ciertas transiciones atómicas en la computación cuántica y excitar moléculas fluorescentes específicas para la detección bioquímica. Los resonadores recién desarrollados establecen una base para la construcción de circuitos fotónicos que operan en longitudes de onda UV.

Los investigadores utilizaron películas delgadas de alúmina para construir los microresonadores, utilizando un proceso de deposición de capa atómica (ALD). La alúmina, con su amplio intervalo de banda y su transparencia a los fotones UV, resultó ser un material ideal para reducir la pérdida de luz. Optimizando cuidadosamente el diseño y las técnicas de fabricación, los científicos lograron una pérdida baja en longitudes de onda UV.

Los microresonadores se produjeron utilizando un proceso de grabado para crear una estructura de guía de ondas de costilla, que permitió la confinamiento de la luz. Los investigadores realizaron simulaciones para determinar la profundidad óptima del grabado que lograría un equilibrio entre la confinamiento de la luz y la minimización de las pérdidas por dispersión.

El equipo también construyó con éxito resonadores de anillo basados ​​en sus cálculos. Estos resonadores de anillo exhibieron factores de calidad (Q) excepcionales en las bandas UV y azul, lo que indica una reducción de la pérdida de luz. Lograr un alto factor Q es esencial para un control preciso de las longitudes de onda y la creación de fuentes de luz UV integradas en circuitos integrados fotónicos.

El descubrimiento de resonadores ópticos basados ​​en chips con una baja pérdida de luz UV marca un punto crítico para la fotónica UV. Las posibilidades de aplicar estructuras desarrolladas para longitudes de onda de telecomunicaciones y visibles, como peines de frecuencia y bloqueo de inyección, ahora se extienden a la banda UV. Con el uso de alúmina compatible con CMOS, la integración de la fotónica UV con la tecnología existente se vuelve más factible.

El equipo de investigación actualmente se centra en mejorar la sintonización de los resonadores de anillo basados ​​en alúmina en varias longitudes de onda. Su objetivo es establecer un sistema UV completo basado en circuitos integrados fotónicos con un control preciso de la longitud de onda y moduladores.

Referencia del artículo: He, C., et al. «Ultra-high Q alumina optical microresonators in the UV and blue bands.» Optica. doi.org/10.1364/OE.492510.

Fuente: Optica Publishing Group