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L'accoppiamento verticale facilita i circuiti fotonici integrati

Gli scienziati finanziati dall'UE hanno dimostrato che le nuove architetture optomeccaniche consentono l'integrazione su chip di silicio. I risultati aprono la strada a nuovi straordinari dispositivi con circuiti fotonici integrati precedentemente non possibili.
L'accoppiamento verticale facilita i circuiti fotonici integrati
Come l'elettronica sfrutta l'elettrone, la fotonica manipola la luce e altre forme di radiazione elettromagnetica (EM, Electromagnetic) la cui unità quantica è il fotone. L'uso di forze ottiche o pressioni di radiazione per manipolare la materia ha dato vita al campo dell'optomeccanica. Nei sistemi fotonici optomeccanici, le modalità ottica e meccanica sono accoppiate.

Uno dei componenti chiave dei circuiti fotonici è la cavità ottica o risonatore, costituita da un oscillatore meccanico e da un sistema che guida la luce. I risonatori possono essere costituiti da materiali attivi o passivi: i primi cambiano proprietà in risposta alla luce, mentre i secondi restano costanti. Gli scienziati hanno studiato entrambi i sistemi con l'obiettivo di integrarli nei chip di silicio nell'ambito del progetto 'Active and passive photonics with coupled optomechanical resonators' (APPCOPTOR), finanziato dall'UE.

Studi sull'accoppiamento verticale tra un risonatore passivo e una guida di onde su bus (gap risonatore complanare), in cui il risonatore viene posizionato sopra la guida d'onde, hanno fornito risultati sorprendenti con importanti implicazioni per I circuiti ottici. Gli scienziati hanno dimostrato che, a causa del gap verticale, esiste più di una condizione di potenza massima relativa. Hanno inoltre dimostrato l'integrazione di risonatori a fattore di qualità ultra elevato (UHQ, ultra-high quality) con la guida d'onda su bus. Generalmente, il potenziale di tali microrisonatori non è stato sfruttato a causa della loro incompatibilità con le configurazioni planari imposte dai circuiti a base di silicio.

I ricercatori hanno compiuto importanti progressi nel campo dei materiali a guadagno attivo per l'amplificazione ottica non lineare in dispositivi a base di nanocristallino-silicio (nc-Si). La bistabilità ottica (OB, Optical Bistability) è una proprietà non lineare di un risonatore caratterizzato da due stati di uscita di trasmissione stabili per un unico ingresso ottico. È stato oggetto di intense ricerche per la sua rilevanza diretta con gli interruttori ottici, gate logici e memorie. I risultati giocano a favore della possibilità di progettare efficienti dispositivi ottici non lineari con dispositivi risonatori UHQ a base di nc-Si.

Gli scienziati che hanno partecipato al progetto APPCOPTOR hanno migliorato la comprensione dell'optomeccanica e della relativa implementazione nei circuiti fotonici integrati. Ci si aspetta che I risultati del progetto portino a nuovi dispositivi fotonici potenzialmente in grado di superare le limitazioni in termini di dimensioni e funzionalità dell'elettronica convenzionale.

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