ENGINEERINGENT.BE - Filteren, versterken en verwerken van optische signalen is essentieel voor de ontwikkeling van nieuwe telecommunicatietechnieken, quantumoptica en sensoren. Een manier om dit effectief te doen is door gebruik te maken van een coherente optomechanische interactietechniek, die gestimuleerde Brillouin-verstrooiing heet.
Bij deze techniek genereren twee fijn afgestelde lasers een geluidsgolf met frequenties die 1 miljoen keer hoger zijn dan de menselijke gehoordrempel en sluiten deze op in een golfgeleider. Licht dat door de golfgeleider gaat, reageert met de geluidsgolf, die een zeer klein en specifiek deel van het lichtspectrum reflecteert. De geluidsgolf filtert daarmee het signaal.
"Hoewel veel onderzoekers Brillouin-verstrooiing de laatste jaren uitgebreid bestudeerden, lukte het niemand om het betrouwbaar te implementeren op een chip die geschikt is voor gebruik in ons dagelijks leven", aldus prof. David Marpaung, die de onderzoeksgroep Nonlinear Nanophotonics leidt.
"De geluidsgolf vangen in een golfgeleider die lang genoeg is om effectief te zijn, bleek erg moeilijk. Een groot probleem in de op silicium gebaseerde platforms is de ‘akoestische lekkage'. In deze traditionele platforms verhinderen die sterke Brillouin-interacties. Alternatieve materialen zijn vaak onstabiel, kwetsbaar of zelfs giftig."
Het onderzoeksteam van UTwente heeft nanofotonische circuits van siliciumnitride met laag verlies gebruikt om de optische én de akoestische golven op te sluiten. De schakelingen bestaan uit 50 centimeter lange spiraalvormige golfgeleiders.
De opstelling vangt de geluidsgolf op en voorkomt akoestische lekkage die optreedt bij gebruik van een enkele siliciumnitride kern. De onderzoekers maakten een werkend proof-of-concept met een RF-annulering notch filter.
Marpaung: "Ons onderzoek maakt integratie van gestimuleerde Brillouin-verstrooiing in grote schakelingen mogelijk. In de toekomst integreren onderzoekers deze nieuwe chips met andere opkomende technologieën, zoals afstembare lasers, frequentiekammen en programmeerbare fotonische schakelingen, waardoor ze mogelijk een rol gaan spelen in de toekomstige ontwikkeling van gebieden variërend van telecommunicatie tot quantumcomputing."
Op de afbeelding boven: 3D illustratie van het concept van het vangen van licht en geluidsgolven in meerlaage Siliciumnitride golfgeleiders.
Het onderzoek is mede uitgevoerd door Dr. Yang Liu, wetenschapper aan het Laboratory of Photonics and Quantum Measurements van de EPFL in Zwitserland.
De siliciumnitride chips zijn geproduceerd door LioniX International, een spin-off van UTwente.
