Un dispositivo così piccolo da essere quasi invisibile a occhio nudo potrebbe diventare la chiave per i futuri chip di rilevamento ottico. Un gruppo di ricerca dell'Università del Colorado Boulder ha sviluppato un microrisonatore ottico da "pista" ad alte-prestazioni in grado di ridurre significativamente la perdita di luce, aprendo la porta ad applicazioni quali rilevamento chimico, apparecchiature di navigazione e persino misurazioni quantistiche. L'articolo in questione è stato pubblicato nel nuovo numero di Applied Physics Letters.
Il risultato di questa ricerca è quello di creare un microrisonatore a guida d'onda ottica su un chip. Lo spessore del microrisonatore è solo 1/10 di un capello umano. Il microrisonatore può essere inteso come un microdispositivo che "intrappola la luce". La luce circola continuamente al suo interno, accumulando gradualmente intensità. Quando la luce è abbastanza forte, gli scienziati possono usarla per eseguire varie operazioni ottiche speciali. Bright, il primo autore dell'articolo
Secondo Lu, il loro obiettivo è consentire a questo dispositivo di funzionare in modo efficiente con potenze ottiche inferiori.
Il team si è concentrato sui risonatori "da pista", un dispositivo chiamato per la sua forma allungata che ricorda una pista. Hanno specificamente adottato un disegno di curva liscia chiamata "curva Euleriana", che è comunemente vista su strade e ferrovie, perché le auto non possono svoltare improvvisamente ad angolo retto quando viaggiano ad alta velocità, e lo stesso vale per la propagazione della luce. Se si piega troppo bruscamente, "scivolerà".
L'uso di curve così morbide riduce significativamente le perdite ottiche, consentendo ai fotoni di rimanere all'interno del risonatore più a lungo, migliorando così le interazioni. Se la perdita di luce è eccessiva, il risonatore non potrà accumulare abbastanza luce e le sue prestazioni saranno notevolmente ridotte.
I microrisonatori sono stati fabbricati utilizzando la litografia a fascio di elettroni in una camera bianca. A differenza della fotolitografia tradizionale, che è limitata dalla lunghezza d'onda della luce, questa tecnologia può raggiungere una precisione sub-nanometrica ed è adatta per l'elaborazione di strutture ottiche su scala micro-. A causa delle dimensioni estremamente ridotte del dispositivo, anche una piccola polvere o difetti possono influenzare la propagazione della luce, quindi un ambiente pulito è fondamentale.
La selezione dei materiali è altrettanto critica. Il team ha utilizzato un tipo di materiale di vetro semiconduttore calcogenuro. Questo tipo di materiale ha un'elevata trasparenza e forti proprietà non lineari, che lo rendono molto adatto per dispositivi fotonici. Tuttavia, sono difficili da elaborare e richiedono un equilibrio tra prestazioni e difficoltà di produzione. Riducendo le perdite da flessione, il team è riuscito a creare dispositivi con perdite ultra-basse-con prestazioni paragonabili alle attuali piattaforme di materiali avanzati.
Il gruppo di ricerca ha affermato che in futuro questo microrisonatore dovrebbe diventare un componente chiave nei sistemi fotonici e potrà essere utilizzato nei microlaser, nei sensori biochimici e nei dispositivi di rete quantistica. L’obiettivo finale è sviluppare questa tecnologia in chip ottici che possano essere prodotti su larga scala.
