I circuiti e i sensori ottici ad alta velocità generalmente richiedono un controllo rigoroso sulla polarizzazione della luce per ridurre al minimo la perdita e la diafonia nei dispositivi fotonici come le guide d'onda. Un team di A*STAR ora prevede che il rumore derivante da polarizzazioni imperfette può essere eliminato utilizzando microstrutture note come guide d'onda "slot".

Scoperto poco più di un decennio fa, le guide d'onda a fessura intrappolano i campi elettromagnetici in una regione ristretta tra due strisce di materiali microfabbricate, come il silicio. Le differenze negli indici di rifrazione tra le fessure e le rotaie aiutano a focalizzare la luce nella fessura con intensità ottica e potenza non osservate nelle tipiche guide d'onda. Queste proprietà conferiscono una migliore sensibilità ai sensori e generano utili effetti di amplificazione.

Una difficoltà con le guide d'onda fotoniche, però, sta suddividendo la radiazione in entrata in componenti di polarizzazione elettrica e magnetica all'interno di spazi su scala nanometrica. "Inevitabilmente, ci sarà contaminazione dalla sorgente luminosa o difetti lungo le guide d'onda, " afferma Jun Rong Ong dell'Institute of High Performance Computing di A*STAR. "La polarizzazione indesiderata agisce come rumore, e questo deteriora le prestazioni del dispositivo."

Ong, insieme ai colleghi Valerian Chen e Ching Eng Png, ipotizzato che uno stato speciale noto come 'zero birifrangenza' potrebbe negare la necessità di dispositivi splitter specializzati attualmente utilizzati nelle guide d'onda fotoniche. La birifrangenza descrive come la luce con un mix di polarizzazioni può rifrangersi in due direzioni quando passa attraverso cristalli con forme specifiche. Il team ha intrapreso un'analisi teorica sistematica per determinare se le modifiche all'altezza della guida d'onda, angolo, e la dimensione dello slot potrebbe rimuovere la birifrangenza dalla guida d'onda, lasciando un solo raggio.

"Avendo zero birifrangenza, possiamo elaborare l'inevitabile mix di entrambe le polarizzazioni contemporaneamente, " spiega Ong. "Ciò significa che l'ingombro del dispositivo potrebbe essere effettivamente dimezzato".

Le simulazioni del trio hanno mostrato che molti parametri strutturali potrebbero produrre zero birifrangenza nella guida d'onda, ma alcuni erano più efficaci di altri. Sorprendentemente, hanno scoperto che i due binari non devono essere simmetrici:avere larghezze disuguali ha permesso a un lato di confinare una maggiore quantità di luce, e dare un migliore controllo sull'indice di rifrazione della guida d'onda. Al contrario, quando il team ha testato le guide d'onda con orientamenti piegati per aggirare gli angoli, i binari simmetrici si sono dimostrati i più efficaci.

Attualmente, le tolleranze necessarie per produrre le guide d'onda a birifrangenza zero dei ricercatori potevano essere realizzate solo attraverso la litografia a fascio di elettroni, un processo relativamente lento. Però, sono fiduciosi che le dimostrazioni pratiche di questa tecnologia siano a portata di mano.

"Sarebbe utile esplorare se i dispositivi brevi, meno di qualche centinaio di micrometri, può essere indipendente dalla polarizzazione su una scala di wafer, " dice Ong. "Questo potrebbe portare ad applicazioni con un impatto reale".