TPA-QCN wordt afgezet via vacuümverdamping om een laag moleculen te vormen die spontaan een voorkeursoriëntatie aannemen. Deze uitlijning geeft het een optische niet-lineaire respons van de tweede{2}} orde, wat betekent dat lichtstralen kunnen interageren terwijl ze er doorheen gaan.
"We werden geïnspireerd door prachtig werk dat werd gedaan op een heel ander gebied:-organische licht-emitterende diodes (OLED's) voor beeldschermen", zegt Kéna-Cohen, hoogleraar technische natuurkunde, en de Canada Research Chair in Light-Matter Photonics. "Onderzoekers realiseerden zich dat bepaalde klassen moleculen tijdens de fabricage automatisch uitgelijnd worden. In hun geval leidt dit tot de opbouw van een spanning die doorgaans de prestaties van apparaten schaadt. Deze spanningsopbouw, waarbij polaire moleculen zich in een voorkeursrichting moeten oriënteren, was het eerste teken dat we soortgelijke materialen voor niet-lineaire optica zouden moeten kunnen gebruiken."
Tweede-bestel niet-lineaire fotonische apparaten
Silicium is tegenwoordig het dominante platform voor geïntegreerde fotonica, maar het is niet goed voor het fabriceren van modulators en versterkers. "Eén ingrediënt dat silicium mist om goede modulatoren te maken is het Pockels-effect, dat het mogelijk maakt dat een gelijk-stroom elektrisch veld kan interageren met een elektrisch veld op optische frequenties-en het is een goed voorbeeld van een-niet-lineair optisch effect van de tweede- orde", legt Kéna-Cohen uit. "Parametrische versterkers en oscillatoren zijn afhankelijk van niet-lineariteiten van de tweede- orde. Voor dit soort effecten moeten ingenieurs andere materialen gebruiken, zoals lithiumniobaat, als op zichzelf staande componenten, of ze moeten het complexe proces van de integratie van de twee doorlopen."
Een ander concept dat betrokken is bij het ontwerp van niet-lineaire fotonische componenten van de tweede{0}}orde is een fase-matchingvereiste-de fasesnelheid van de op elkaar inwerkende lichtgolven moet overeenkomen om destructieve interferentie-effecten te voorkomen. "Helaas verhindert het feit dat alle materialen dispersie hebben dit automatisch, dus moeten er slimme trucs worden gebruikt voor fase-matching. Bij lithiumniobaat is een gebruikelijke aanpak het gebruik van elektroden langs de voortplantingsrichting om de domeinoriëntatie om te draaien, oftewel elektrische veldpoling."
Voordelen: rechtstreeks op de-chip gestort, dubbele breking
De aanpak van het team brengt twee belangrijke voordelen met zich mee. "Ten eerste kunnen onze organische dunne films direct op elke chip worden aangebracht met behulp van standaard droge fabricageprocessen-zonder dat we ons zorgen hoeven te maken over het matchen of overbrengen van roosters", zegt Kéna-Cohen.
Ten tweede vertonen hun films een extreem sterke dubbele breking vergeleken met de meeste gangbare fotonische materialen. "Deze dubbele breking is zo sterk dat we hierdoor 'gratis' fasematching kunnen uitvoeren als we interacties tussen verschillend gepolariseerde modi gebruiken, omdat de verschillende polarisaties verschillende brekingsindices zullen zien", zegt hij. "Het betekent dat we zeer efficiënte apparaten kunnen ontwerpen, zonder dat we elektroden nodig hebben voor polen of dat we ingewikkeldere architecturen hoeven te gebruiken."
Ze gebruikten hun aanpak om het eenvoudigste voorbeeld van een niet-lineair proces van de tweede-orde te demonstreren: tweede-harmonische generatie, ook wel frequentieverdubbeling genoemd. Om dit te doen, hebben de onderzoekers een golfgeleider gefabriceerd die continu-golf telecomlicht omzet in zichtbaar licht (zie onderstaande afbeelding).
Een ander concept dat betrokken is bij het ontwerp van niet-lineaire fotonische componenten van de tweede{0}}orde is een fase-matchingvereiste-de fasesnelheid van de op elkaar inwerkende lichtgolven moet overeenkomen om destructieve interferentie-effecten te voorkomen. "Helaas verhindert het feit dat alle materialen dispersie hebben dit automatisch, dus moeten er slimme trucs worden gebruikt voor fase-matching. Bij lithiumniobaat is een gebruikelijke aanpak het gebruik van elektroden langs de voortplantingsrichting om de domeinoriëntatie om te draaien, oftewel elektrische veldpoling."
Voordelen: rechtstreeks op de-chip gestort, dubbele breking
De aanpak van het team brengt twee belangrijke voordelen met zich mee. "Ten eerste kunnen onze organische dunne films direct op elke chip worden aangebracht met behulp van standaard droge fabricageprocessen-zonder dat we ons zorgen hoeven te maken over het matchen of overbrengen van roosters", zegt Kéna-Cohen.
Ten tweede vertonen hun films een extreem sterke dubbele breking vergeleken met de meeste gangbare fotonische materialen. "Deze dubbele breking is zo sterk dat we hierdoor 'gratis' fasematching kunnen uitvoeren als we interacties tussen verschillend gepolariseerde modi gebruiken, omdat de verschillende polarisaties verschillende brekingsindices zullen zien", zegt hij. "Het betekent dat we zeer efficiënte apparaten kunnen ontwerpen, zonder dat we elektroden nodig hebben voor polen of dat we ingewikkeldere architecturen hoeven te gebruiken."
Ze gebruikten hun aanpak om het eenvoudigste voorbeeld van een niet-lineair proces van de tweede-orde te demonstreren: tweede-harmonische generatie, ook wel frequentieverdubbeling genoemd. Om dit te doen, hebben de onderzoekers een golfgeleider gefabriceerd die continu-golf telecomlicht omzet in zichtbaar licht (zie onderstaande afbeelding).
