A luz do infravermelho médio, que tem um comprimento de onda maior do que a luz visível, mas menor do que as microondas, tem muitas aplicações importantes em tecnologias de sensoriamento remoto e comunicação. Pesquisadores do Japão demonstraram o sucesso da operação de vários novos componentes fotônicos que podem efetivamente guiar a passagem da luz do infravermelho médio. a pesquisa pode levar a uma internet mais rápida e detectores sensíveis para moléculas importantes, como o dióxido de carbono. a equipe apresenta seus resultados na conferência e exposição de comunicação de fibra óptica (ofc), realizada de 20 a 24 de março em anaheim, Califórnia, EUA.

os pesquisadores construíram os novos componentes do material germânio (ge). Como o silício, que é comumente usado na fotônica convencional de infravermelho próximo, o germânio é um semicondutor do grupo iv, o que significa que ele está na mesma coluna da tabela periódica e possui propriedades elétricas semelhantes. O germânio tem várias propriedades que o tornam particularmente adequado para transmitir e orientar a luz do infravermelho médio, disse jian kang, a ph.d. candidato no grupo takagi-takaka no departamento de engenharia elétrica e sistemas de informação, university of tokyo, japan.

O germânio tem alta transparência óptica na faixa do infravermelho médio, de modo que a luz do infravermelho médio pode passá-lo facilmente. Em comparação com o silício, o germânio possui várias outras propriedades opticamente interessantes. estes incluem um índice de refração mais elevado, o que significa que a luz passa mais lentamente através dele. O germânio também possui uma não-linearidade de terceira ordem maior, um efeito óptico que pode ser explorado para, por exemplo, ampliar ou auto-foco feixes de luz. Ele tem um efeito de suporte livre mais forte, o que significa que a carga que carrega elétrons e furos no material pode ajudar a modular a luz. O germânio também tem um efeito termo-óptico mais forte do que o silício, o que significa que o índice de refracção pode ser mais facilmente controlado com a temperatura.

\"Essas propriedades podem fazer com que os dispositivos com base em geogramas mostrem maior desempenho ou até mesmo percebam novas funcionalidades no meio do infravermelho\", disse Kang. Além disso, os recentes avanços em lasers feitos de materiais à base de tensões e gsn fazem do germanium um material promissor para integrar os componentes de produção de luz e de luz no mesmo chip fotônico, disse Kang.

Kang e seus colegas projetaram e testaram vários componentes fundamentais de guia de ondas fotônicas feitos de germânio, incluindo acopladores de grade, acopladores mmi e ressonadores de micro anel. Os acopladores de rede são utilizados para acoplar a luz de forma eficiente a partir do espaço livre em uma guia de ondas e, vice-versa, os acopladores mmi são usados ​​como roteadores ou acopladores para processamento de sinal leve na guia de ondas e os ressonadores de micro anel são usados ​​para filtrar certos comprimentos de onda de luz que passam .

O maior desafio que enfrentou a equipe foi controlar o processo de fabricação do dispositivo, incluindo o polimento e a corrosão da bolacha de germânio, disse Kang.

\"Atualmente, o desempenho do dispositivo ge pode não ser tão bom quanto o estado da arte baseado em si, porque o estudo de componentes fotônicos baseados em Ge para infravermelho médio é bastante novo e permanecem muitos problemas na otimização de o processo de fabricação \", disse ele. \"No entanto, acreditamos que os dispositivos baseados em ge nao têm vantagens intrínsecas\".

As propriedades ópticas atraentes do germânio no infravermelho médio significam que uma guia de onda ge optimizada pode ser mais compacta do que um dispositivo de silício similar, o que significa que mais chips podem se encaixar no mesmo espaço, observou.

muitas moléculas importantes, como o dióxido de carbono, absorvem e emitem luz no meio do infravermelho quando mudam os estados vibratórios, então a fotônica do infravermelho médio pode servir de base para novos sensores. O monitoramento e detecção de emissões de carbono, explosivos ocultos e condições de saúde como doenças hepáticas e câncer são possíveis com os sensores baseados em ge, disse Kang.

Os chips fotônicos baseados em Ge também têm potencial para aumentar a largura de banda das comunicações de fibra óptica. \"Em um sentido geral, pode tornar a internet muito mais rápida\", disse Kang.

Por enquanto, Kang e seus colegas estão trabalhando para melhorar suas técnicas de fabricação. Depois, eles planejam construir mais dispositivos, como switches ópticos, e integrar dispositivos gesn laser e ge waveguide no mesmo chip.

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mais informações: apresentação: \"design e caracterização de componentes de guia de onda passiva ge ge-on-isolator para fotônica de infravermelho médio\", de jian kang, xiao yu, mitsuru takaka e shinichi takagi.

fornecido por: sociedade óptica da América

fonte: phys

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