Учёные создали сверхэффективные микрорезонаторы для сенсоров и квантовых технологий

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере разработали оптические микрорезонаторы с рекордно низкими потерями света. Эти устройства, напоминающие микроскопические беговые дорожки, могут стать основой для нового поколения мощных сенсоров, микролазеров и квантовых технологий.

Микрорезонатор — это микроскопическая структура, удерживающая свет в замкнутом пространстве. Циркулируя внутри, свет усиливается, что позволяет проводить специализированные оптические процессы для сенсорных и других задач.

Наша работа направлена на то, чтобы использовать меньше оптической мощности в этих резонаторах для будущих применений, — сказал Брайт Лу, ведущий автор исследования. — Однажды их можно будет адаптировать для широкого спектра сенсоров — от навигации до идентификации химических веществ.

Ключевым нововведением стала конструкция резонатора в форме «гоночной трассы» с плавными изгибами по кривым Эйлера, которые минимизируют потери света на поворотах.

Эти кривые минимизируют потери на изгибе, — пояснил профессор Вон Парк. — Наш выбор дизайна стал ключевым новшеством проекта.

Устройства были изготовлены в чистой комнате с использованием электронно-лучевой литографии, что позволило достичь субнанометровой точности. Материалом послужили халькогенидные стёкла, известные высокой прозрачностью и нелинейными оптическими свойствами.

Наша работа демонстрирует одно из лучших, если не лучшее, устройство на основе халькогенидов, — отметил профессор Парк.

Тестирование с помощью лазеров показало, что резонаторы обладают исключительно высокой добротностью (Q-фактором), что является признаком минимальных потерь.

Мы давно стремились создать такой резонатор, и когда увидели острые резонансы на новом устройстве, сразу поняли, что нашли решение, — сказал физик Джеймс Эриксон.

В перспективе подобные микрорезонаторы могут быть использованы для создания компактных сенсоров, элементов квантовых сетей и интеграции различных фотонных компонентов на одном чипе.