Một thiết bị cực nhỏ đến mức gần như không thể nhìn thấy được bằng mắt thường có thể trở thành chìa khóa cho chip cảm biến quang học trong tương lai. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder đã phát triển bộ cộng hưởng quang học "đường đua" hiệu suất cao có thể giảm đáng kể sự thất thoát ánh sáng, mở ra cánh cửa cho các ứng dụng như phát hiện hóa học, thiết bị định vị và thậm chí cả phép đo lượng tử. Bài báo liên quan đã được xuất bản trên số mới của Thư Vật lý Ứng dụng.
Kết quả của nghiên cứu này là tạo ra một bộ cộng hưởng vi ống dẫn sóng quang học trên một con chip. Độ dày của microresonator chỉ bằng 1/10 sợi tóc người. Microresonator có thể được hiểu là một microdevice có chức năng “bẫy ánh sáng”. Ánh sáng luân chuyển liên tục bên trong nó, dần dần tích lũy cường độ. Khi ánh sáng đủ mạnh, các nhà khoa học có thể sử dụng nó để thực hiện nhiều hoạt động quang học đặc biệt khác nhau. Bright, tác giả đầu tiên của bài báo
Theo Lu, mục tiêu của họ là cho phép thiết bị này hoạt động hiệu quả ở công suất quang thấp hơn.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào các bộ cộng hưởng "đường đua", một thiết bị được đặt tên theo hình dạng thon dài giống như đường đua. Họ đặc biệt áp dụng một thiết kế đường cong mượt mà gọi là "đường cong Euler", thường thấy trên đường bộ và đường sắt, vì ô tô không thể đột ngột rẽ vuông góc khi di chuyển ở tốc độ cao, và điều này cũng đúng đối với sự truyền ánh sáng. Nếu nó uốn cong quá mạnh, nó sẽ "trượt".
Việc sử dụng những đường cong mượt mà như vậy làm giảm đáng kể tổn thất quang học, cho phép các photon ở bên trong bộ cộng hưởng lâu hơn, nhờ đó tăng cường tương tác. Nếu mất quá nhiều ánh sáng, bộ cộng hưởng không thể tích lũy đủ ánh sáng và hiệu suất của nó sẽ giảm đi rất nhiều.
Các bộ cộng hưởng vi mô được chế tạo bằng phương pháp quang khắc chùm tia điện tử trong phòng sạch. Không giống như kỹ thuật quang khắc truyền thống vốn bị giới hạn bởi bước sóng ánh sáng, công nghệ này có thể đạt được độ chính xác dưới{1}}nanomet và phù hợp để xử lý các cấu trúc quang học ở quy mô vi mô. Do kích thước cực kỳ nhỏ của thiết bị, ngay cả bụi hoặc khuyết tật nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến sự truyền ánh sáng, vì vậy môi trường sạch sẽ là rất quan trọng.
Lựa chọn vật liệu cũng quan trọng không kém. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại vật liệu thủy tinh bán dẫn chalcogenide. Loại vật liệu này có độ trong suốt cao và đặc tính phi tuyến mạnh nên rất thích hợp cho các thiết bị quang tử. Tuy nhiên, chúng khó xử lý, đòi hỏi sự cân bằng giữa hiệu suất và độ khó trong sản xuất. Bằng cách giảm tổn thất do uốn, nhóm đã tạo thành công các thiết bị tổn thất cực kỳ-thấp{5}}với hiệu suất tương đương với các nền tảng vật liệu tiên tiến hiện tại.
Nhóm nghiên cứu cho biết trong tương lai, bộ cộng hưởng vi mô này dự kiến sẽ trở thành thành phần chính trong hệ thống quang tử và có thể được sử dụng trong microlaser, cảm biến sinh hóa và thiết bị mạng lượng tử. Mục tiêu cuối cùng là phát triển công nghệ này thành chip quang học có thể sản xuất trên quy mô lớn.
