Laserbylgjulengdir sem krafist er fyrir margar af áhugaverðustu tilraunum nútímans, sérstaklega innan sýnilegs sviðs, er áskorun til að fá smá ljósrænar samþættar hringrásir (PIC). En US National Institute of Standards and Technology (NIST) ljóseindafræðingar og samstarfsmenn hjá Octave Photonics eru í forystu fyrir lausn á þessu bylgjulengdaraðgangsvandamáli-og takast einnig á við áskoranir um að sameina mismunandi ljóseindavirkni til að styðja við ljósrofa, leið og síun
Ein algeng nálgun í dag er að sameina mismunandi ljóseindafræðileg efni til að reyna að virkja þessar mismunandi aðgerðir og nýta styrkleika þar sem þeir eru til, en ekkert eitt efni getur gert það á öllum þeim mælikvarða sem óskað er eftir til að nota ný forrit.
„Starf okkar var innblásið af því háleita markmiði að ná „hverri bylgjulengd leysis“ með beinni samhæfni við núverandi ljóseindatækni,“ segir Grant M. Brodnik, eðlisfræðingur í Quantum and Nolinear Nanophotonics Group NIST. "Og við sýndum aðra virkni eins og tíðnikambur og supercontinuum kynslóð, vegna þess að pallurinn styður þá beint. Þessir eiginleikar gegna lykilhlutverki í mörgum mikilvægum forritum."
Þakka þér, ólínuleg ljósfræði
Til að ná þeim hraða sem gervigreind (AI) og skammtafræðiforrit krefjast er breyting frá rafeindum yfir í ljóseindir mikilvæg-og svo eru leysir af „hverri bylgjulengd“ sem er á flísum.
Stutt útskýring á nýrri nálgun liðsins: Hún byrjar á venjulegri kísilskúffu sem er húðuð með kísildíoxíði (gleri) og litíumníóbati, ólínulegt efni sem getur breytt lit ljóssins sem kemst inn í það. Með því að bæta við málmi er hægt að hringja litíumníóbat rafrænt inn-til að breyta einum lit ljóssins í annan. Svipuð málm-litíumníóbatviðmót geta gert kleift að kveikja/slökkva hratt á ljósinu (hugsaðu um háhraða leið og gagnavinnslu).
Með því að setja flókið mynstur tantalpentoxíðs, aka tantala, beint ofan á hinar ljósrænu rafrásirnar, getur fjölhæfur ljóseindavettvangur starfað saman. Tantala er sterkt ólínulegt efni og hentar vel fyrir sýnilega bylgjulengdaraðgerð. "Mjög gagnrýni hefur það aðlaðandi efniseiginleika (tengda tilbúningi þess) sem gera það hæft til að beina samþættingu við önnur ljóseindaefni," segir Brodnik.
Þegar rannsakendur mynduðu efnin ofan á hvort annað í þrívíddarstafla enduðu þeir með einni flís sem leiðir ljós á skilvirkan hátt á milli laganna. Þessi flís sameinar ljósastjórnunarhæfileika tantala með stjórnhæfni litíumníóbats.
Ólínuleg ljósfræði er nú „ekki-svo-leynda sósan“ eðlisfræðin sem þeir nýta „til að búa til alveg nýja ljósliti úr einum litnum sem við setjum í,“ útskýrir Brodnik. "Ef þú tekur mynd með myndavél, býst þú ekki við að litirnir á myndinni breytist þegar þeir fara í gegnum linsu. En með ólínuleg efni með miklum ljósafli sem leysir veita, þá er það nákvæmlega það sem gerist. Þetta er lykiltækni sem knýr borðborða-lesara sem búa til marga sérsniðna liti í dag. Við notum þessar aðferðir-en með litlum rafrásum í tækjum."
Svalasta hliðin á þessu verki fyrir Brodnik er að sjá „nýja, oft töfrandi ljósliti skjóta upp úr tækjunum okkar við að breyta inntaksljósinu (sem er ósýnilegt augum okkar),“ segir hann. "Í rannsóknarstofunni, með flís sem situr á prófunarstigi, stillum við hægt og rólega inn aðgerðafæribreyturnar og, búmm, líflegur blár-grænn byrjar að glóa yfir flísina. Á næsta tæki gerum við það blátt-fjólublát. Það líður svolítið eins og galdur."
Verk þeirra „leggur grunninn og sýnir möguleika vettvangsins,“ segir Brodnik. "Við munum vissulega vinna að því að hámarka frammistöðu núverandi hönnunar, en pallurinn opnar nýja virkni og hönnunarhnappa sem við erum spennt að skoða."
Mörg forrit sem fela í sér tengingu við atómbreytingar-heldur að skammtaskynjun og tölfræði- krefjist ljóss á bylgjulengdum sem spanna sýnilega og nærri-innrauða bylgjusviðið. „Forrit sem þurfa að beina hratt og kveikja/slökkva ljós, eins og sjóngagnavinnsla og tölvumál, geta einnig notið góðs af pallinum með því að nýta sér aðra eðlisfræðivirkni sem efnin veita,“ segir Brodnik. "Neytendaskjátækni er kannski annað forrit. Það eru vissulega mörg fleiri-sem við höfum ekki einu sinni hugsað upp, sem vísindasamfélagið getur nú skoðað og þróað."
Teymið hefur "handfylli af spennandi ljóseindaarkitektúrum sem nú eru á hönnunarstigi, sem krefjast allsherjar getu sem vettvangurinn okkar styður," segir Brodnik. "Við erum líka spennt að vinna með samstarfsfólki og öðrum rannsakendum sem hafa verið að færa okkur nýjar hugmyndir og forrit sem við höfum kannski ekki íhugað eða þarfnast sameiginlegrar sérfræðiþekkingar til að stunda. Spennandi tímar."
