Les circuits et capteurs optiques à grande vitesse nécessitent généralement un contrôle strict de la polarisation de la lumière pour minimiser les pertes et la diaphonie dans les dispositifs photoniques tels que les guides d'ondes. Une équipe A*STAR prédit maintenant que le bruit résultant de polarisations imparfaites peut être éliminé à l'aide de microstructures connues sous le nom de guides d'ondes à fente.

Découvert il y a un peu plus d'une décennie, des guides d'ondes à fente piègent les champs électromagnétiques dans une région étroite entre deux bandes de matériaux microfabriquées, comme le silicium. Les différences d'indices de réfraction entre les fentes et les rails aident à focaliser la lumière dans la fente avec une intensité optique et une puissance que l'on ne voit pas dans les guides d'ondes typiques. Ces propriétés confèrent une sensibilité améliorée aux capteurs et génèrent des effets d'amplification utiles.

Une difficulté avec les guides d'ondes photoniques, cependant, divise le rayonnement entrant en composants de polarisation électrique et magnétique dans des espaces à l'échelle nanométrique. "Inévitablement, il y aura une contamination de la source lumineuse ou des défauts le long des guides d'ondes, " déclare Jun Rong Ong de l'Institute of High Performance Computing d'A*STAR. " La polarisation indésirable agit comme du bruit, et cela détériore les performances de l'appareil."

On, avec ses collègues Valerian Chen et Ching Eng Png, ont émis l'hypothèse qu'un état spécial connu sous le nom de « biréfringence zéro » pourrait annuler le besoin de dispositifs séparateurs spécialisés actuellement utilisés dans les guides d'ondes photoniques. La biréfringence décrit comment la lumière avec un mélange de polarisations peut se réfracter dans deux directions lorsqu'elle traverse des cristaux de formes spécifiques. L'équipe a entrepris une analyse théorique systématique pour déterminer si les changements de hauteur du guide d'ondes, angle, et la taille de la fente pourrait éliminer la biréfringence du guide d'ondes, ne laissant qu'un seul rayon.

"En ayant zéro biréfringence, nous pouvons traiter le mélange inévitable des deux polarisations simultanément, " explique Ong. " Cela signifie que l'empreinte de l'appareil pourrait être efficacement réduite de moitié. "

Les simulations du trio ont montré que de nombreux paramètres structurels pouvaient produire une biréfringence nulle dans le guide d'ondes, mais certains étaient plus efficaces que d'autres. Étonnamment, ils ont découvert que les deux rails n'avaient pas besoin d'être symétriques - avoir des largeurs inégales permettait à un côté de confiner une plus grande quantité de lumière, et donnent un meilleur contrôle sur l'indice de réfraction du guide d'ondes. Inversement, lorsque l'équipe a testé des guides d'ondes avec des orientations courbées pour contourner les virages, les rails symétriques se sont avérés les plus efficaces.

Actuellement, les tolérances nécessaires pour produire les guides d'ondes à biréfringence zéro des chercheurs n'ont pu être réalisées que par lithographie par faisceau d'électrons, un processus relativement lent. Cependant, ils sont convaincus que des démonstrations pratiques de cette technologie sont à portée de main.

"Il serait utile d'explorer si des appareils courts, moins de quelques centaines de micromètres, peut être indépendant de la polarisation à l'échelle d'une plaquette, ", dit Ong. "Cela pourrait conduire à des applications ayant un réel impact."