Optik devrelerde nanometre düzeyinde devrimsel buluş: Mikrorezonatör

Bilim insanları, ışığı mikroskobik ölçekte hapseden ve enerji kaybını minimize eden yeni nesil ‘yarış pisti’ rezonatörlerini başarıyla geliştirdi. ‘Euler eğrileri’ ve ileri seviye kalkojenit cam teknolojisinin kullanıldığı buluş; navigasyondan kuantum ağlarına, kimyasal madde tanımlamadan mikrolazerlere kadar geniş bir ticari yelpazede ‘ultra düşük kayıplı’ sensörlerin önünü açıyor.

Yüksek teknolojili üretim ve dijital dönüşümün odak noktası olan fotonik dünyasında, ışığın kontrolü üzerine stratejik bir adım atıldı. Elektrik ve bilgisayar mühendisliği araştırmacıları, ışığı küçük bir alanda hapsederken yaşanan ‘bükülme kayıplarını’ en aza indiren, nanometre hassasiyetinde bir mikrorezonatör mimarisi tasarladı. Projenin baş yazarı Bright Lu, bu cihazların gelecekte navigasyon sistemlerinden hassas kimyasal sensörlere kadar kritik teknolojilerin kalbinde yer alacağını vurguluyor.MÜHENDİSLİKTE YOL VE DEMİRYOLU İLHAMI: EULER EĞRİLERİ Ekip, geleneksel dairesel yapılar yerine, uzunlamasına halka şekilleri nedeniyle ‘yarış pisti’ (racetrack) olarak adlandırılan rezonatörlere odaklandı. Bu tasarımın en büyük inovasyonu ise yol ve demiryolu inşaatlarında kullanılan ‘Euler eğrileri’ oldu.Tıpkı yüksek hızdaki araçların keskin virajları alamaması gibi, ışık da optik devrelerdeki sert dönüşlerde dışarı kaçarak enerji kaybediyor. Euler eğrileri sayesinde ışık, kademeli ve pürüzsüz bir geçişle yönlendirilerek bükülme kayıpları teorik sınırlara kadar çekildi. Elektrik Mühendisliği Profesörü Won Park, bu tasarım tercihinin projenin ‘en önemli yeniliklerinden biri’ olduğunu ifade ediyor.NANOMETRE ALTI HASSASİYET: ELEKTRON IŞINLI LİTOGRAFİ Üretim süreci, Colorado Nanofabrikasyon ve Karakterizasyon Ortak Enstrümantasyon Merkezi'ndeki (COSINC) yüksek teknolojili ‘temiz odalarda’ gerçekleştirildi. Bir kağıt yaprağından bile küçük olan bu bileşenlerin üretimi için geleneksel fotolitografinin ötesine geçilerek Elektron Işınlı Litografi (E-beam) kullanıldı.Üretim Teknolojisinin Avantajları:Yüksek çözünürlük: Işığın dalga boyuyla sınırlı kalan geleneksel yöntemlerin aksine, nanometre altı çözünürlük imkânı.Kusursuz yüzey: En küçük toz parçacığının bile ışığı bozduğu bir ölçekte, sıkı kontrol edilen üretim koşulları.Materyal esnekliği: İşlenmesi zor ancak optik özellikleri üstün olan ‘kalkojenit’ camların başarılı entegrasyonu.Kalkojenit cam: Fotonikte Yeni Stratejik HammaddeAraştırmanın dönüm noktalarından biri, yüksek şeffaflık ve doğrusal olmayan özellikleriyle bilinen kalkojenit sınıfı yarı iletken camların kullanılması oldu. Profesör Juliet Gopinath, kalkojenitlerin fotonik doğrusal olmayan cihazlar için ‘zor ama ödüllendirici’ malzemeler olduğunu belirterek, elde edilen sonuçların dünya genelindeki en gelişmiş teknoloji platformlarıyla yarışır düzeyde olduğunu kaydetti.TİCARİ HEDEF: SERİ ÜRETİM VE KUANTUM METROLOJİ Lazer tabanlı ölçümlerle test edilen yeni cihazlarda, rezonans sinyalleri ‘bir iğne kadar derin ve dar’ olarak gözlemlendi. Bu keskin rezonanslar, cihazın kalitesini ve düşük enerji kaybını tescilliyor.Gelecekte bu teknolojinin;Kompakt mikrolazerler: Veri merkezleri ve optik haberleşme için.Yüksek hassasiyetli sensörler: Biyolojik ve kimyasal tehdit tespiti için.Kuantum ağları: Güvenli ve hızlı kuantum iletişimi için,temel yapı taşı olması hedefleniyor. Ekibin nihai hedefi, laboratuvar aşamasındaki bu buluşu sanayiye devrederek yüz binlerce adetlik seri üretim bandına taşımak.