Le TPA-QCN est déposé par évaporation sous vide pour former une couche de molécules qui adoptent spontanément une orientation préférée. Cet alignement lui confère une réponse optique non linéaire du second-ordre, ce qui signifie que les faisceaux lumineux peuvent interagir en le traversant.
"Nous avons été inspirés par de superbes travaux réalisés dans un domaine totalement différent : les -diodes électroluminescentes organiques-diodes électroluminescentes (OLED) pour écrans", explique Kéna-Cohen, professeur d'ingénierie physique et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en photonique de la lumière-matière. "Les chercheurs ont réalisé que certaines classes de molécules s'alignent automatiquement lors de la fabrication. Dans leur cas, cela conduit à l'accumulation d'une tension qui nuit généralement aux performances de l'appareil. Cette accumulation de tension, qui nécessite que les molécules polaires s'orientent dans une direction préférentielle, était le premier signe que nous devrions pouvoir utiliser des matériaux similaires pour l'optique non linéaire. "
Deuxième-commande d'appareils photoniques non linéaires à venir
Le silicium est aujourd’hui la plate-forme dominante pour la photonique intégrée, mais il n’est pas adapté à la fabrication de modulateurs et d’amplificateurs. "Un ingrédient qui manque au silicium pour fabriquer de bons modulateurs est l'effet Pockels, qui permet à un champ électrique à courant continu -d'interagir avec un champ électrique à des fréquences optiques-et c'est un bon exemple d'un effet optique non linéaire de second-ordre", explique Kéna-Cohen. "Les amplificateurs et oscillateurs paramétriques reposent sur des non-linéarités du second-ordre. Pour ces types d'effets, les ingénieurs doivent utiliser d'autres matériaux tels que le niobate de lithium, soit en tant que composants autonomes, soit passer par le processus complexe d'intégration des deux."
Un autre concept impliqué dans la conception de composants photoniques non linéaires-de second ordre est une exigence d'adaptation de phase-la vitesse de phase des ondes lumineuses en interaction doit correspondre pour éviter les effets d'interférence destructeurs. "Malheureusement, le fait que tous les matériaux ont une dispersion empêche automatiquement cela, des astuces intelligentes doivent donc être utilisées pour l'adaptation de phase. Dans le niobate de lithium, une approche courante consiste à utiliser des électrodes dans la direction de propagation pour inverser l'orientation du domaine -, c'est-à-dire la polarisation du champ électrique. "
Avantages : Dépôt sur-directement sur puce, biréfringence
L'approche de l'équipe apporte deux avantages clés. "Premièrement, nos films minces organiques peuvent être déposés directement sur n'importe quelle puce en utilisant des processus de fabrication à sec standards-sans se soucier de la correspondance ou du transfert du réseau", explique Kéna-Cohen.
Deuxièmement, leurs films présentent une biréfringence extrêmement forte par rapport aux matériaux photoniques les plus courants. "Cette biréfringence est si forte qu'elle nous permet d'adapter la phase" gratuitement "si nous utilisons des interactions entre des modes de polarisation différente, car les différentes polarisations verront des indices de réfraction différents", explique-t-il. "Cela signifie que nous pouvons concevoir des dispositifs très efficaces, sans avoir besoin d'électrodes pour la polarisation ni d'architectures plus complexes."
Ils ont utilisé leur approche pour démontrer l'exemple le plus simple d'un processus non linéaire de second-ordre : la génération de deuxième-harmonique, c'est-à-dire le doublement de fréquence. Pour ce faire, les chercheurs ont fabriqué un guide d'ondes qui convertit la lumière des télécommunications à ondes continues en lumière visible (voir la figure ci-dessous).
Un autre concept impliqué dans la conception de composants photoniques non linéaires-de second ordre est une exigence d'adaptation de phase-la vitesse de phase des ondes lumineuses en interaction doit correspondre pour éviter les effets d'interférence destructeurs. "Malheureusement, le fait que tous les matériaux ont une dispersion empêche automatiquement cela, des astuces intelligentes doivent donc être utilisées pour l'adaptation de phase. Dans le niobate de lithium, une approche courante consiste à utiliser des électrodes dans la direction de propagation pour inverser l'orientation du domaine -, c'est-à-dire la polarisation du champ électrique. "
Avantages : Dépôt sur-directement sur puce, biréfringence
L'approche de l'équipe apporte deux avantages clés. "Premièrement, nos films minces organiques peuvent être déposés directement sur n'importe quelle puce en utilisant des processus de fabrication à sec standards-sans se soucier de la correspondance ou du transfert du réseau", explique Kéna-Cohen.
Deuxièmement, leurs films présentent une biréfringence extrêmement forte par rapport aux matériaux photoniques les plus courants. "Cette biréfringence est si forte qu'elle nous permet d'adapter la phase" gratuitement "si nous utilisons des interactions entre des modes de polarisation différente, car les différentes polarisations verront des indices de réfraction différents", explique-t-il. "Cela signifie que nous pouvons concevoir des dispositifs très efficaces, sans avoir besoin d'électrodes pour la polarisation ni d'architectures plus complexes."
Ils ont utilisé leur approche pour démontrer l'exemple le plus simple d'un processus non linéaire de second-ordre : la génération de deuxième-harmonique, c'est-à-dire le doublement de fréquence. Pour ce faire, les chercheurs ont fabriqué un guide d'ondes qui convertit la lumière des télécommunications à ondes continues en lumière visible (voir la figure ci-dessous).
