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Il segreto delle guide d'onda a fessura: perché aumentano così drasticamente l'intensità della luce?
Con il rapido progresso della tecnologia, anche il ritmo dello sviluppo della fotonica sta accelerando. Tra queste, la guida d'onda a fessura, come nuovo tipo di tecnologia di guida d'onda ottica, sta rapidamente attirando l'attenzione degli scienziati. Utilizza la struttura dei materiali ad alto indice di rifrazione e le scanalature a basso indice di rifrazione per ottenere un forte confinamento e guida della luce e mostra un grande potenziale in molteplici campi di applicazione.
Principio di funzionamento
Il principio di funzionamento delle guide d'onda a fessura si basa sulla discontinuità del campo elettrico (campo E) alle interfacce con elevato indice di rifrazione. Secondo le equazioni di Maxwell, per soddisfare la continuità della componente regolare del campo di spostamento elettrico all'interfaccia del mezzo, il campo E corrispondente deve essere discontinuo sul lato con basso indice di rifrazione e avere un'ampiezza maggiore.
Quando l'intensità del campo elettrico del materiale ad alto indice di rifrazione viene notevolmente aumentata nell'area della scanalatura, l'intensità della luce nella scanalatura raggiunge un livello che non può essere raggiunto dalle guide d'onda tradizionali.
Storia dell'invenzione
La nascita delle guide d'onda a slot risale al 2003, quando Vilson Rosa de Almeida e Carlos Angulo Barrios della Cornell University scoprirono casualmente questo fenomeno durante una ricerca teorica sulle guide d'onda fotoniche al silicio altamente compatibili. Nel 2004, i ricercatori hanno segnalato la prima guida d'onda a fessura realizzata nel sistema di materiali Si/SiO₂ e l'hanno dimostrata sperimentalmente con successo a una lunghezza d'onda operativa di 1,55 micron.
Successivamente, sono state proposte e verificate numerose strutture di guida d'onda basate sul concetto di guida d'onda a fessura, promuovendo il progresso della fotonica.
Tecnologia di produzione
Le guide d'onda a fessura possono essere realizzate utilizzando una varietà di tecniche di micro-nanofabbricazione, tra cui la litografia a fascio di elettroni, la fotolitografia, la deposizione chimica da vapore (CVD), l'ossidazione termica, l'incisione con ioni reattivi e altre. Queste tecniche convenzionali hanno consentito ai ricercatori di realizzare guide d'onda a fessura con diverse configurazioni in diversi sistemi di materiali quali Si/SiO₂ e Si₃N₄/SiO₂.
Sebbene la tecnologia di produzione delle guide d'onda a fessura presenti ancora delle sfide, esse possono guidare la luce su una scala più piccola rispetto alle guide d'onda tradizionali, il che può aprire le porte a molte nuove applicazioni.
Prospettive di applicazione
La caratteristica più significativa delle guide d'onda a fessura è che possono generare un'ampiezza di campo elettrico e un'intensità luminosa elevate in materiali a basso indice di rifrazione, il che consente loro di dimostrare un potenziale interattivo efficiente nella fotonica integrata come la commutazione ottica, l'amplificazione ottica e il rilevamento. . Oltre a queste applicazioni di base, le guide d'onda a fessura possono migliorare significativamente la sensibilità dei dispositivi di rilevamento ottico, l'efficienza delle sonde ottiche in campo vicino e persino i separatori di guide d'onda a fessura progettati a frequenze terahertz possono ottenere una propagazione a bassa perdita, che ha un'ampia gamma di applicazioni. Spazio applicativo.
ConclusioneCon lo sviluppo della tecnologia delle guide d'onda a fessura, questa sta diventando un settore importante nel campo della fotonica, offrendo innumerevoli possibilità. La sperimentazione e l'esplorazione continue di questa tecnologia da parte degli scienziati, sia in strutture diversificate basate su scanalature sia in applicazioni in vari settori, apporteranno maggiore innovazione e sfide alla progettazione dei futuri dispositivi ottici. I futuri progressi tecnologici ci condurranno in un'era in cui la fotonica sarà onnipresente?
