Een nieuwe manier om licht op kleine schaal efficiënt te geleiden is gedemonstreerd door een all-A*STAR-team. hun methode, waarbij silicium nanodeeltjes worden opgesteld, is veelbelovend voor toepassingen zoals op licht gebaseerde geïntegreerde schakelingen, biosensoren en kwantumcommunicatie.

Het transporteren van licht op kleine schaal is van cruciaal belang voor veel toepassingen en wordt gewoonlijk uitgevoerd met behulp van rechthoekige siliciumgolfgeleiders - het optische circuit dat equivalent is aan draden in elektronische circuits. Om apparaten verder te verkleinen, metalen nanodeeltjes zijn onderzocht als alternatief, maar hoewel ze heel goed zijn in het beperken van licht tot kleine schalen, ze hebben de neiging om veel van het licht te lekken.

Nutsvoorzieningen, Ruben Bakker, Arseniy Kuznetsov en hun collega's van het A * STAR Data Storage Institute hebben een efficiëntere methode bedacht waarbij een reeks cilindrische siliciumnanodeeltjes wordt gebruikt. Het eerste nanodeeltje wordt geëxciteerd met behulp van licht en vervolgens meet een nabije-veld scanning optische microscoop het licht dat een ander nanodeeltje verderop in de lijn bereikt (zie afbeelding). Toen ze dit deden, het team ontdekte dat de daling van de lichtintensiteit laag was.

"Dit is de eerste experimentele demonstratie die laat zien dat gekoppelde resonatoren licht zeer efficiënt kunnen geleiden bij sterk sub-golflengtedimensies en over lengtes van enkele honderden micrometers, ", zegt Kuznetsov. "Het is de eerste stap naar een volledig nieuwe benadering van siliciumfotonica."

De nanodeeltjes staan ​​niet in direct contact met elkaar. In plaats daarvan, licht wordt overgebracht naar het volgende deeltje via magnetische veldresonanties. "Elk van deze deeltjes is een resonante verstrooier - dus als je één deeltje neemt, zal het licht in alle richtingen verstrooien, " legt Kuznetsov uit. "Maar als we al deze deeltjes op een rij zetten, ze werken als een enkele golfgeleider zonder licht te lekken."

Een groot voordeel van het gebruik van silicium nanodeeltjes is dat ze compatibel zijn met de fabricageprocessen die momenteel door de halfgeleiderindustrie worden gebruikt. "Je kunt dezelfde CMOS-processen gebruiken om siliciumfotonica te doen, " zegt Kuznetsov. "Je verandert gewoon het masker en de lay-out en voegt andere componenten toe zonder extra complicaties."

Ondanks het systeem en zijn gedrag als golfgeleider te hebben gemodelleerd voordat de metingen werden uitgevoerd, het team was nog steeds verbaasd over hoe goed het in de praktijk werkte. "We waren verrast dat het zo goed werkte, " herinnert Bakker zich. "We hebben de geometrie een beetje aangepast, maar om ze zo goed te laten presteren na slechts een paar iteraties was nogal onverwacht."

Het team heeft hetzelfde concept al gedemonstreerd bij telecommunicatiegolflengten. Op basis van het concept werken ze nu aan de ontwikkeling van verschillende on-chip fotonische componenten.