Optische schakelingen en sensoren met hoge snelheid vereisen over het algemeen strikte controle over de lichtpolarisatie om verlies en overspraak in fotonische apparaten zoals golfgeleiders tot een minimum te beperken. Een A*STAR-team voorspelt nu dat ruis als gevolg van imperfecte polarisaties kan worden geëlimineerd met behulp van microstructuren die bekend staan ​​als 'slot'-golfgeleiders.

Iets meer dan tien jaar geleden ontdekt, slotgolfgeleiders vangen elektromagnetische velden op in een smal gebied tussen twee gemicrofabriceerde stroken materiaal, zoals silicium. Verschillen in de brekingsindices tussen de sleuven en rails helpen het licht in de gleuf te concentreren met optische intensiteit en kracht die niet te zien zijn in typische golfgeleiders. Deze eigenschappen geven een verbeterde gevoeligheid aan sensoren en genereren bruikbare versterkingseffecten.

Een probleem met fotonische golfgeleiders, echter, is het splitsen van binnenkomende straling in elektrische en magnetische polarisatiecomponenten binnen ruimten op nanometerschaal. "Onvermijdelijk, er zal vervuiling zijn van de lichtbron of defecten langs de golfgeleiders, " zegt Jun Rong Ong van A*STAR's Institute of High Performance Computing. "Ongewenste polarisatie werkt als ruis, en dit verslechtert de prestaties van het apparaat."

ong, samen met collega's Valerian Chen en Ching Eng Png, veronderstelde dat een speciale toestand die bekend staat als 'nul dubbele breking' de behoefte aan gespecialiseerde splitterapparaten die momenteel in fotonische golfgeleiders worden gebruikt, zou kunnen tenietdoen. Dubbele breking beschrijft hoe licht met een mix van polarisaties in twee richtingen kan breken wanneer het door kristallen met specifieke vormen gaat. Het team voerde een systematische theoretische analyse uit om te bepalen of veranderingen in de hoogte van de golfgeleider, hoek, en de sleufgrootte kunnen dubbele breking van de golfgeleider verwijderen, slechts een enkele straal achterlatend.

"Door nul dubbele breking te hebben, we kunnen de onvermijdelijke mix van beide polarisaties tegelijkertijd verwerken, " legt Ong uit. "Dit betekent dat de voetafdruk van het apparaat effectief kan worden gehalveerd."

De simulaties van het trio toonden aan dat veel structurele parameters nul dubbele breking in de golfgeleider zouden kunnen produceren, maar sommige waren effectiever dan andere. Verrassend genoeg, ze ontdekten dat de twee rails niet symmetrisch hoefden te zijn - met ongelijke breedtes kon één kant een grotere hoeveelheid licht opsluiten, en geven een betere controle over de brekingsindex van de golfgeleider. Omgekeerd, toen het team golfgeleiders testte met gebogen oriëntaties om bochten te nemen, symmetrische rails bleek het meest effectief.

Momenteel, de toleranties die nodig zijn om de nul-dubbelbrekingsgolfgeleiders van de onderzoekers te produceren, konden alleen worden gerealiseerd door middel van elektronenstraallithografie, een relatief langzaam proces. Echter, ze zijn ervan overtuigd dat praktische demonstraties van deze technologie binnen handbereik zijn.

"Het zou nuttig zijn om te onderzoeken of korte apparaten, minder dan een paar honderd micrometer, kan polarisatie-onafhankelijk zijn op een wafelschaal, " zegt Ong. "Dit kan leiden tot toepassingen met echte impact."