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la fotónica basada en germanio ofrece una promesa para sensores novedosos y una conexión a Internet más rápida

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la fotónica basada en germanio ofrece una promesa para sensores novedosos y una conexión a Internet más rápida

2017-06-04

La luz infrarroja media, que tiene una longitud de onda más larga que la luz visible pero más corta que las microondas, tiene muchas aplicaciones importantes en las tecnologías de comunicación y detección remota. Los investigadores en Japón han demostrado la operación exitosa de varios componentes fotónicos nuevos que pueden guiar efectivamente el paso de la luz infrarroja media. la investigación puede conducir a una internet más rápida y detectores sensibles de moléculas importantes como el dióxido de carbono. el equipo presenta sus resultados en la conferencia y exposición de comunicaciones de fibra óptica (ofc), celebrada del 20 al 24 de marzo en anaheim, california, usa.


los investigadores construyeron los nuevos componentes del material germanio (ge). al igual que el silicio, que se usa comúnmente en la fotónica infrarroja cercana convencional, el germanio es un semiconductor del grupo iv, lo que significa que está en la misma columna de la tabla periódica y tiene propiedades eléctricas similares. El germanio tiene varias propiedades que lo hacen especialmente adecuado para transmitir y guiar la luz del infrarrojo medio, dijo jian kang, un ph.d. candidato en el grupo takagi-takenaka en el departamento de ingeniería eléctrica y sistemas de información, universidad de tokyo, japón.


El germanio tiene una gran transparencia óptica en el rango del infrarrojo medio, por lo que la luz del infrarrojo medio puede atravesarlo fácilmente. en comparación con el silicio, el germanio tiene otras propiedades ópticamente interesantes. estos incluyen un índice de refracción más alto, lo que significa que la luz pasa más lentamente a través de él. el germanio también tiene una no linealidad de tercer orden mayor, un efecto óptico que puede explotarse para, por ejemplo, amplificar o enfocar haces de luz de autoenfoque. tiene un efecto portador libre más fuerte, lo que significa que la carga de electrones y agujeros en el material puede ayudar a modular la luz. El germanio también tiene un efecto termo-óptico más fuerte que el silicio, lo que significa que el índice de refracción puede controlarse más fácilmente con la temperatura.


\"Estas propiedades podrían hacer que los dispositivos basados ​​en ge muestren un mayor rendimiento o incluso realicen nuevas funcionalidades en el infrarrojo medio\", dijo kang. Además, el progreso reciente en los láseres hechos de materiales filtrados y basados ​​en gesn hacen que el germanio sea un material prometedor para integrar tanto los componentes productores de luz como los de dirección ligera en el mismo chip fotónico, dijo kang.


Kang y sus colegas diseñaron y probaron varios componentes fundamentales de guías de onda fotónicas hechas de germanio, incluyendo acopladores de rejilla, acopladores de mímica y resonadores de microanillos. los acopladores de rejilla se utilizan para acoplar eficientemente la luz desde el espacio libre a una guía de onda, y viceversa, los acopladores mmi se utilizan como enrutadores o acopladores para el procesamiento de señales de luz en la guía de ondas y los resonadores de microarro se utilizan para filtrar ciertas longitudes de onda .


El mayor desafío al que se enfrentó el equipo fue controlar el proceso de fabricación del dispositivo, incluido el pulido y el grabado de la oblea de germanio, dijo kang.


\"Actualmente, el rendimiento del dispositivo ge puede no ser tan bueno como el del estado de la técnica basado en Si, porque el estudio de componentes fotónicos basados ​​en ge para infrarrojo medio es bastante nuevo y quedan muchos problemas en la optimización de el proceso de fabricación \", dijo. \"Sin embargo, creemos que los dispositivos basados ​​en ge tienen ventajas intrínsecas\".


Las atractivas propiedades ópticas del germanio en el infrarrojo medio significan que una guía de onda optimizada podría ser más compacta que un dispositivo de silicio similar, lo que significa que más chips podrían caber en el mismo espacio, señaló kang.


muchas moléculas importantes, como el dióxido de carbono, absorben y emiten luz en el infrarrojo medio cuando cambian los estados de vibración, por lo que la fotónica de infrarrojo medio podría servir como base para nuevos sensores. Monitoreo y detección de emisiones de carbono, explosivos ocultos y condiciones de salud como enfermedades hepáticas y cáncer son posibles con sensores basados ​​en ge, dijo kang.


Los chips fotónicos basados ​​en ge también tienen el potencial de aumentar el ancho de banda de las comunicaciones de fibra óptica. \"En un sentido general, puede hacer que internet sea mucho más rápido\", dijo kang.


por ahora, Kang y sus colegas están trabajando para mejorar sus técnicas de fabricación. después, planean construir más dispositivos, como conmutadores ópticos, e integrar un láser Gesn y dispositivos de guía de ondas ge en el mismo chip.


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más información: presentación: \"diseño y caracterización de componentes de la guía de ondas pasivas ge en ge-on-insulator para fotónica de infrarrojo medio\", por jian kang, xiao yu, mitsuru takenaka y shinichi takagi.

provisto por: sociedad óptica de américa


fuente: phys


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