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新しいメカニズムは、チップに光を集中させるためにフォトニッククリスタルを使用します

導波路の終わりにある「壁」での光濃度に対するアーティストの印象。クレジット：アモルフ 波長自体と同じくらい小さいボリュームに光を集中させることは、多数のアプリケーションにとって重要な課題です。米国のAmolf、Tu Delft、およびCornell Universityの研究者は、非常に小規模に光を集中させる新しい方法を実証しています。それらの方法は、フォトニッククリスタルの特別な特性を利用し、代替方法よりも幅広い波長のために機能します。研究者は彼らの調査結果を公開しました 科学の進歩 4月18日。 集中光は、量子通信、光学センサー、オンチップレーザーなどのフォトニックチップのさまざまな技術アプリケーションにとって重要です。 「これまで、光を集中するための2つの一般的な戦略を知っていました。光学キャビティを使用して、または漏斗のように光を圧縮する導波路で行うことができます」と、Amolf GroupのリーダーであるEwold Verhagen氏は言います。 「最初の方法では共鳴を使用します。これは、光の焦点または濃度を特定の波長に制限します。2番目の方法は、従来のレンズと同様に、使用される光の波長よりもはるかに大きいデバイスでのみ機能します。」 ブロックライト Gennady Shvetsが率いるコーネル大学の研究者からの理論的なアイデアは、博士号が新しい方法を指摘しました。候補者のダニエル・ムイスと彼の同僚が初めてデモを行いました。この方法の重要な側面は、物理システムのいわゆるトポロジです。 Muisは、「原則として、シリコンスラブの光伝播を禁止する非常に小さな穴の規則的なパターンを持つシリコンのスラブであるフォトニッククリスタルを使用しています。しかし、これらの結晶の2つを互いに隣接するパターンで配置すると、導波路が境界に沿って作成されます。結晶の欠陥による光の散乱または反射は抑制されます。」 研究者たちは、光が通過できない材料の「壁」で、そのような導波路を突然終わらせたらどうなるか疑問に思いました。 「光にはどこにも行くことができず、反射が抑制されるため、その壁の前に蓄積するはずです」とMuis氏は言います。 「ライトは最終的に導波路を通り抜けて跳ね返りますが、遅延後にのみです。これにより、光場が局所的に増幅されます。」 左：シリコンフォトニッククリスタルの電子顕微鏡画像。トポロジー波路は、緑と青の領域の境界で形成され、右側に丸い穴がある結晶によって終了します。右：フォトニッククリスタルの光学強度の測定。光は、左からトポロジー導波管を通って入り、抑制された背中の反射のために導波路の端に蓄積します。クレジット：アモルフ 光濃度 AmolfのVerhagenとTu DelftのKobus Kuipersのグループは、Cornellの研究者と一緒に実験で予測を検証することを決定しました。トポロジー波路は、アモルフのシリコンチップで作られました。フォトニッククリスタル内の予測される光の蓄積を視覚化するために、MuisはTu Delftでユニークな顕微鏡を使用して、結晶の表面上の超薄針を介して光場をスキャンしました。この顕微鏡は、人間の髪の厚さの約1,000倍のスケールで光強度をローカライズできます。 「私たちは実際にトポロジー導波路の端に光場の明確な増幅を見ました。興味深いことに、これは導波路を終了する「壁」が特定の角度で配置されたときにのみ起こりました。これはまさにコーネルのパートナーが予測したものでした」とMuis氏は言います。 「光増幅が背面反射のトポロジカル抑制に関連していることを証明しています。光増幅は、光自体の波長と同じくらい小さい非常に少ない体積に集中しています。この方法の主な利点は、本質的にブロードバンドであることです。 の記事 科学の進歩、Muisと彼のコーネルの同僚であるYandong Liからの平等な貢献により、この形式の光増幅をさらに研究または応用するためのレシピとして読むことができます。実証されたメカニズムは、特定の結晶の音波や電子さえも含む、構造化された媒体内の他のタイプの波にも適用する必要があります。 Muisは、「次のステップでは、パルスレーザーを使用して、光が蓄積し続ける時間間隔を調べ、フィールド増幅を最大化できる量を確認し、光学チップでの光操作のアプリケーションに使用することは興味深いでしょう。」 詳細： Daniel Muis et al、トポロジーフォトニック導波路の終了時の光のブロードバンド局在、 科学の進歩 （2025）。 2：10.1126/sciadv.adr9569。…