El TPA-QCN se deposita mediante evaporación al vacío para formar una capa de moléculas que adoptan espontáneamente una orientación preferida. Esta alineación le proporciona una respuesta óptica no lineal de segundo-orden, lo que significa que los rayos de luz pueden interactuar mientras pasan a través de él.
"Nos inspiramos en un hermoso trabajo que se está realizando en un campo completamente diferente: los -diodos emisores de luz-orgánicos (OLED) para pantallas", dice Kéna-Cohen, profesora de ingeniería física y catedrática de investigación de Canadá en fotónica de la materia-ligera. "Los investigadores se dieron cuenta de que ciertas clases de moléculas se alinean automáticamente durante la fabricación. En su caso, esto conduce a la acumulación de un voltaje que normalmente perjudica el rendimiento del dispositivo. Esta acumulación de voltaje, que requiere que las moléculas polares se orienten en una dirección preferencial, fue la primera señal de que deberíamos poder utilizar materiales similares para la óptica no lineal".
Dispositivos fotónicos no lineales de segundo-orden por delante
El silicio es la plataforma dominante para la fotónica integrada hoy en día, pero no es bueno para fabricar moduladores y amplificadores. "Un ingrediente del que carece el silicio para producir buenos moduladores es el efecto Pockels, que permite que un campo eléctrico-de corriente directa interactúe con un campo eléctrico en frecuencias ópticas-y es un buen ejemplo de un efecto óptico no lineal de segundo-orden", explica Kéna-Cohen. "Los amplificadores y osciladores paramétricos se basan en no linealidades de segundo-orden. Para este tipo de efectos, los ingenieros necesitan usar otros materiales como el niobato de litio, ya sea como componentes independientes o pasar por el complejo proceso de integrar los dos".
Otro concepto involucrado en el diseño de componentes fotónicos no lineales de segundo-orden es el requisito de coincidencia de fase-la velocidad de fase de las ondas de luz que interactúan debe coincidir para evitar efectos de interferencia destructivos. "Desafortunadamente, el hecho de que todos los materiales tengan dispersión lo impide automáticamente, por lo que es necesario utilizar trucos inteligentes para hacer coincidir las fases. En el niobato de litio, un enfoque común es usar electrodos a lo largo de la dirección de propagación para invertir la orientación del dominio-también conocido como polarización del campo eléctrico".
Ventajas: depositado en-chip directamente, birrefringencia
El enfoque del equipo aporta dos ventajas clave. "En primer lugar, nuestras películas finas orgánicas se pueden depositar directamente sobre cualquier chip mediante procesos estándar de fabricación en seco-sin preocuparse por la coincidencia o la transferencia de la red", afirma Kéna-Cohen.
En segundo lugar, sus películas muestran una birrefringencia extremadamente fuerte en comparación con la mayoría de los materiales fotónicos comunes. "Esta birrefringencia es tan fuerte que nos permite hacer coincidir las fases 'gratis' si utilizamos interacciones entre modos polarizados diferentes, porque las diferentes polarizaciones verán diferentes índices de refracción", dice. "Esto significa que podemos diseñar dispositivos muy eficientes, sin necesidad de electrodos para polarización ni tener que utilizar arquitecturas más complicadas".
Utilizaron su enfoque para demostrar el ejemplo más simple de un proceso no lineal de segundo-orden: segunda-generación de armónicos, también conocida como duplicación de frecuencia. Para hacerlo, los investigadores fabricaron una guía de ondas que convierte la luz de telecomunicaciones de ondas continuas-en luz visible (consulte la figura siguiente).
Otro concepto involucrado en el diseño de componentes fotónicos no lineales de segundo-orden es el requisito de coincidencia de fase-la velocidad de fase de las ondas de luz que interactúan debe coincidir para evitar efectos de interferencia destructivos. "Desafortunadamente, el hecho de que todos los materiales tengan dispersión lo impide automáticamente, por lo que es necesario utilizar trucos inteligentes para hacer coincidir las fases. En el niobato de litio, un enfoque común es usar electrodos a lo largo de la dirección de propagación para invertir la orientación del dominio-también conocido como polarización del campo eléctrico".
Ventajas: depositado en-chip directamente, birrefringencia
El enfoque del equipo aporta dos ventajas clave. "En primer lugar, nuestras películas finas orgánicas se pueden depositar directamente sobre cualquier chip mediante procesos estándar de fabricación en seco-sin preocuparse por la coincidencia o la transferencia de la red", afirma Kéna-Cohen.
En segundo lugar, sus películas muestran una birrefringencia extremadamente fuerte en comparación con la mayoría de los materiales fotónicos comunes. "Esta birrefringencia es tan fuerte que nos permite hacer coincidir las fases 'gratis' si utilizamos interacciones entre modos polarizados diferentes, porque las diferentes polarizaciones verán diferentes índices de refracción", dice. "Esto significa que podemos diseñar dispositivos muy eficientes, sin necesidad de electrodos para polarización ni tener que utilizar arquitecturas más complicadas".
Utilizaron su enfoque para demostrar el ejemplo más simple de un proceso no lineal de segundo-orden: segunda-generación de armónicos, también conocida como duplicación de frecuencia. Para hacerlo, los investigadores fabricaron una guía de ondas que convierte la luz de telecomunicaciones de ondas continuas-en luz visible (consulte la figura siguiente).
