Uygulamalara doğru: ultra düşük kayıplı çip üzerinde sıfır indeksli malzemeler

Uygulamalara doğru: ultra düşük kayıplı çip üzerinde sıfır indeksli malzemeler
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


a, BIC’siz sıfır indeksli PhC levhası. Sıfır indeksi oluşturan bir fotonik çift kutup modu, düzlem dışı radyasyonla sonuçlanır ve malzemenin yayılma kaybını önemli ölçüde artırır. b, BIC’li sıfır indeksli PhC levhası. Belirli bir yükseklikte, tüm yukarı / aşağı düzlem dışı radyasyon yıkıcı bir şekilde müdahale eder. Katkı Sağlayanlar: Tian Dong, Jiujiu Liang, Philip Camayd-Muñoz, Yueyang Liu, Haoning Tang, Shota Kita, Peipei Chen, Xiaojun Wu, Weiguo Chu, Eric Mazur ve Yang Li

Sıfır kırılma indisi, sıfır genliğe ve tanımlanmamış yöne sahip bir dalga vektörünü indükler. Bu nedenle, sıfır indisli bir ortam içinde yayılan ışık, herhangi bir uzamsal faz ilerlemesini biriktirmez, bu da mükemmel uzamsal tutarlılıkla sonuçlanır. Bu tür bir tutarlılık, rastgele şekillendirilmiş dalga kılavuzları, faz uyumsuzluğu içermeyen doğrusal olmayan yayılma, geniş alanlı tek modlu lazerler ve genişletilmiş süper parlaklık dahil olmak üzere birçok potansiyel uygulamayı beraberinde getirir. Bu uygulamalara ulaşmak için gelecek vaat eden bir platform, empedans eşlemeli sıfır indeksi içeren entegre bir Dirac-cone malzemesidir. Bununla birlikte, bu platform tamamen dielektrik yapısı sayesinde omik kayıpları ortadan kaldırsa da, yine de düzlem dışı radyasyon kaybına (yaklaşık 1 dB / μm) neden olur ve uygulamaları küçük bir ölçekte sınırlar.

2018’de, Profesör Shanhui Fan’ın Stanford Üniversitesi’ndeki araştırma grubu, süreklilikteki simetri korumalı sınır durumlarına (BIC’ler) dayalı, düşük kayıplı bir Dirac-koni sıfır indeksli malzeme tasarladı. Bununla birlikte, bu Dirac konisi yüksek dereceli modlardan oluşur, bu nedenle fotonik kristal levhanın bir yığın sıfır indisli ortam olarak homojenize edilmesi zordur.

Yayınlanan yeni bir makalede Işık Bilimi ve Uygulamaları, Çin’deki Tsinghua Üniversitesi Hassas Alet Bölümünden Profesör Yang Li, Harvard Üniversitesi, John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi’nden Profesör Eric Mazur, Nanofabrication’dan Profesör Weiguo Chu liderliğindeki bir bilim adamları ekibi Çin Ulusal Nanobilim ve Teknoloji Merkezi’ndeki laboratuvar ve meslektaşları, tamamen dielektrik fotonik kristal levhaya (PhC levhası) dayalı sıfır indeksli bir tasarım elde ettiler. Bu tasarım, bir elektrik monopol modunun tesadüfi bir Dirac-cone dejenerasyonunu ve Brillouin bölgesinin merkezinde bir manyetik çift kutup modunu destekler. Bu tür düşük sıralı moda dayalı tasarım, homojen bir sıfır endeksli ortam olarak daha iyi ele alınabilir.

Uygulamalara doğru: ultra düşük kayıplı çip üzerinde sıfır indeksli malzemeler
a, Sıfır indeksli bir PhC levhasının ve silikon dioksit içine gömülü silikon sütunlardan oluşan birim hücresinin üç boyutlu şeması. b, BIC sıfır indeksli PhC döşemesinin tasarımı için parametre taraması. Direk yarıçapı ve yüksekliğinin bir fonksiyonu olarak Brillouin bölgesinin (beyaz çizgi) merkezindeki dipol modunun (renk haritası) kalite faktörü ve monopol ve dipol modlarının dejenerasyonu. Kırmızı nokta, tek kutuplu modun ve yüksek Q çift kutuplu modun dejenereliğini gösterir. c, (b) ‘deki kırmızı noktadaki optimize edilmiş parametrelere karşılık gelen Dirac-koni dağılımını gösteren üç boyutlu dağılım yüzeyleri. d, PhC döşemesinin etkili indeksi ve yayılma kaybı. Etkili indeksin gerçek kısmı sıfırı geçtiğinde, kayıp eğrisi vadisine (~ 0.15 dB / mm) ulaşarak ultra düşük kayıplı sıfır indeksini gösterir. Katkı Sağlayanlar: Tian Dong, Jiujiu Liang, Philip Camayd-Muñoz, Yueyang Liu, Haoning Tang, Shota Kita, Peipei Chen, Xiaojun Wu, Weiguo Chu, Eric Mazur ve Yang Li

Tasarımları, silikon dioksit arka plan matrisine gömülü kare bir silikon sütun dizisinden oluşur ve standart düzlemsel süreçler kullanılarak kolay bir imalat sağlar. Radyasyon kaybını azaltmak için, sıfır indeksli bir PhC levhasının üst ve alt arayüzlerini, bir Fabry-Pérot (FP) boşluğu oluşturmak için iki kısmen yansıtıcı ayna olarak modelliyorlar. Daha sonra, uzak alandaki yukarı doğru (aşağı doğru) radyasyonların yıkıcı müdahalesini indüklemek için bu FP boşluğunun kalınlığını ayarlarlar. Her bir sütunun içinde, çift kutuplu simetriye sahip eksenel olarak yayılan mod (lar), 2π tam sayı katlarının bir gidiş-dönüş fazını gösterir, bu nedenle rezonans tuzaklı modlar haline gelir. Monopol modu, içsel mod simetrisi nedeniyle düzlem dışı yönde yayılmaz.

“Tasarımımız, sıfır indisli dalga boyunda 0.15 dB / mm kadar düşük bir düzlem içi yayılma kaybı sergiliyor. Ayrıca, kırılma indisi sıfıra yakın (| neff |

Uygulamalara doğru: ultra düşük kayıplı çip üzerinde sıfır indeksli malzemeler
ab, PhC levhası soldan gelen bir uçak dalgası olayıyla heyecanlanıyor. BIC koşulları altında, olay ışığı çok az kayıpla uzun bir mesafeye yayılabilir. Bununla birlikte, BIC’ler olmadan, elektrik alanı PhC döşemesinin giriş ucunda keskin bir şekilde azalır. cd, BIC sıfır indeksli PhC levhasının merkezindeki bir elektrik dipolü, geniş bir alana çok yönlü olarak yayılır. Bununla birlikte, BIC’siz sıfır indeksli PhC döşemesinin merkezindeki bir elektrik dipolü yalnızca küçük bir alan üzerinde yayılabilir. Katkı Sağlayanlar: Tian Dong, Jiujiu Liang, Philip Camayd-Muñoz, Yueyang Liu, Haoning Tang, Shota Kita, Peipei Chen, Xiaojun Wu, Weiguo Chu, Eric Mazur ve Yang Li

Yueyang Liu, uygulamalar için şunları öngörüyor: “Çip üstü BIC Dirac-koni sıfır indeksli PhC plakalarımız, düşük yayılma kaybıyla sonsuz bir tutarlılık uzunluğu sağlar. Bu, doğrusal ve doğrusal olmayan optiklerdeki geniş alanlı sıfır endeksli malzemelerin uygulamalarına kapı açar Örnekler için, rastgele bir şekle sahip sıfır indisli bir dalga kılavuzu aracılığıyla elektromanyetik enerji tünellemesi, uzun bir etkileşim uzunluğu boyunca faz uyuşmazlığı olmadan doğrusal olmayan ışık üretimi ve tek bir modda geniş bir alan üzerinde lazer etkisi. ”

“Bu çalışma, aynı zamanda, birbirine dolanmış foton çiftlerinin verimli üretimi ve birçok yayıcının kolektif emisyonu gibi temel kuantum optiğini keşfetmek için bir yonga üzerinde laboratuar işlevi görebilir. Özellikle, çünkü Ez’in her bir silikon sütun içindeki uzaysal dağılımı, bir tek kutuplu mod ve Yueyang Liu, zaman geçtikçe bir çift kutuplu modda, sütunların içindeki tüm kuantum yayıcılar tek kutuplu yarım çevrimde aynı uzamsal fazı deneyimleyecektir. Bu, kuantum yayıcıların fotonik bir boşlukta hassas konumlandırılmasındaki zorluğu önemli ölçüde hafifletir “dedi.


Dirac vorteks topolojik fotonik kristal liflerinin tasarlanması


Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »