TPA-QCN ถูกสะสมผ่านการระเหยแบบสุญญากาศเพื่อสร้างชั้นของโมเลกุลที่ปรับทิศทางที่ต้องการได้เองตามธรรมชาติ การจัดแนวนี้ทำให้เกิดการตอบสนองแบบไม่เชิงเส้นเชิงแสงลำดับที่สอง- ซึ่งหมายความว่าลำแสงสามารถโต้ตอบได้ในขณะที่เคลื่อนผ่านไป
"เราได้รับแรงบันดาลใจจากงานที่สวยงามที่ทำขึ้นในสาขาที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงใน-แสงอินทรีย์-ไดโอดเปล่งแสง (OLED) สำหรับการจัดแสดง" Kéna-Cohen ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์วิศวกรรม และประธานฝ่ายวิจัยของแคนาดาในด้านแสง-Matter Photonics กล่าว "นักวิจัยตระหนักว่าโมเลกุลบางประเภทจะจัดเรียงโดยอัตโนมัติในระหว่างการประดิษฐ์ ในกรณีของพวกเขา สิ่งนี้นำไปสู่การสะสมของแรงดันไฟฟ้าที่มักจะส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์ การสะสมแรงดันไฟฟ้านี้ซึ่งต้องใช้โมเลกุลขั้วโลกเพื่อปรับทิศทางตามทิศทางพิเศษ เป็นสัญญาณแรกที่ว่าเราควรจะสามารถใช้วัสดุที่คล้ายกันสำหรับทัศนศาสตร์แบบไม่เชิงเส้นได้"
ประการที่สอง-สั่งซื้ออุปกรณ์โทนิคแบบไม่เชิงเส้นล่วงหน้า
ซิลิคอนเป็นแพลตฟอร์มที่โดดเด่นสำหรับโฟโตนิกแบบรวมในปัจจุบัน แต่ก็ไม่ดีสำหรับการผลิตโมดูเลเตอร์และแอมพลิฟายเออร์ "ส่วนผสมอย่างหนึ่งที่ซิลิคอนขาดในการสร้างโมดูเลเตอร์ที่ดีคือเอฟเฟกต์ Pockels ซึ่งช่วยให้-สนามไฟฟ้ากระแสตรงมีปฏิกิริยากับสนามไฟฟ้าที่ความถี่แสง-และเป็นตัวอย่างที่ดีของ-เอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สอง" Kéna-Cohen อธิบาย "แอมพลิฟายเออร์แบบพาราเมตริกและออสซิลเลเตอร์อาศัยความไม่เชิงเส้นลำดับที่สอง- สำหรับเอฟเฟกต์ประเภทนี้ วิศวกรจำเป็นต้องใช้วัสดุอื่น เช่น ลิเธียมไนโอเบต เป็นส่วนประกอบแยกกันหรือผ่านกระบวนการที่ซับซ้อนในการรวมทั้งสองเข้าด้วยกัน"
แนวคิดอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ-ส่วนประกอบโฟโตนิกแบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สองคือข้อกำหนดการจับคู่เฟส- ความเร็วเฟสของคลื่นแสงที่โต้ตอบกันจำเป็นต้องจับคู่กันเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากการรบกวนแบบทำลายล้าง "น่าเสียดายที่ข้อเท็จจริงที่ว่าวัสดุทั้งหมดมีการกระจายตัวโดยอัตโนมัติจะป้องกันสิ่งนี้ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้เทคนิคอันชาญฉลาดในการจับคู่เฟส ในลิเธียมไนโอเบต วิธีการทั่วไปคือการใช้อิเล็กโทรดไปตามทิศทางการแพร่กระจายเพื่อพลิกการวางแนวโดเมน-หรือที่เรียกว่าการสำรวจสนามไฟฟ้า"
ข้อดี: ฝากบน-ชิปโดยตรง เกิดการสะท้อนแสงสองทาง
แนวทางของทีมนำมาซึ่งข้อได้เปรียบที่สำคัญสองประการ "ประการแรก ฟิล์มบางออร์แกนิกของเราสามารถฝากลงบนชิปใดๆ ได้โดยตรงโดยใช้กระบวนการผลิตแบบแห้งมาตรฐาน-โดยไม่ต้องกังวลกับการจับคู่หรือถ่ายโอนโครงตาข่าย" Kéna-Cohen กล่าว
ประการที่สอง ภาพยนตร์ของพวกเขาแสดงการหักเหของแสงที่รุนแรงมากเมื่อเทียบกับวัสดุโฟโตนิกทั่วไป "การสะท้อนแสงสองทางนี้แข็งแกร่งมากจนช่วยให้เราสามารถจับคู่เฟส 'ได้ฟรี' หากเราใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโหมดโพลาไรซ์ที่แตกต่างกัน เนื่องจากโพลาไรเซชันที่ต่างกันจะเห็นดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน" เขากล่าว "หมายความว่าเราสามารถออกแบบอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพมากได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรดในการโพลหรือต้องใช้สถาปัตยกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้น"
พวกเขาใช้วิธีการของตนเพื่อแสดงตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของ-กระบวนการที่ไม่เชิงเส้นลำดับที่สอง: การสร้างฮาร์โมนิกที่สอง- หรือที่เรียกว่าการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า ในการทำเช่นนั้น นักวิจัยได้ประดิษฐ์ท่อนำคลื่นที่แปลงแสงโทรคมนาคมแบบคลื่นต่อเนื่อง-ให้เป็นแสงที่มองเห็นได้ (ดูรูปด้านล่าง)
แนวคิดอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ-ส่วนประกอบโฟโตนิกแบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สองคือข้อกำหนดการจับคู่เฟส- ความเร็วเฟสของคลื่นแสงที่โต้ตอบกันจำเป็นต้องจับคู่กันเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากการรบกวนแบบทำลายล้าง "น่าเสียดายที่ข้อเท็จจริงที่ว่าวัสดุทั้งหมดมีการกระจายตัวโดยอัตโนมัติจะป้องกันสิ่งนี้ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้เทคนิคอันชาญฉลาดในการจับคู่เฟส ในลิเธียมไนโอเบต วิธีการทั่วไปคือการใช้อิเล็กโทรดไปตามทิศทางการแพร่กระจายเพื่อพลิกการวางแนวโดเมน-หรือที่เรียกว่าการสำรวจสนามไฟฟ้า"
ข้อดี: ฝากบน-ชิปโดยตรง เกิดการสะท้อนแสงสองทาง
แนวทางของทีมนำมาซึ่งข้อได้เปรียบที่สำคัญสองประการ "ประการแรก ฟิล์มบางออร์แกนิกของเราสามารถฝากลงบนชิปใดๆ ได้โดยตรงโดยใช้กระบวนการผลิตแบบแห้งมาตรฐาน-โดยไม่ต้องกังวลกับการจับคู่หรือถ่ายโอนโครงตาข่าย" Kéna-Cohen กล่าว
ประการที่สอง ภาพยนตร์ของพวกเขาแสดงการหักเหของแสงที่รุนแรงมากเมื่อเทียบกับวัสดุโฟโตนิกทั่วไป "การสะท้อนแสงสองทางนี้แข็งแกร่งมากจนช่วยให้เราสามารถจับคู่เฟส 'ได้ฟรี' หากเราใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโหมดโพลาไรซ์ที่แตกต่างกัน เนื่องจากโพลาไรเซชันที่ต่างกันจะเห็นดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน" เขากล่าว "หมายความว่าเราสามารถออกแบบอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพมากได้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรดในการโพลหรือต้องใช้สถาปัตยกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้น"
พวกเขาใช้วิธีการของตนเพื่อแสดงตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของ-กระบวนการที่ไม่เชิงเส้นลำดับที่สอง: การสร้างฮาร์โมนิกที่สอง- หรือที่เรียกว่าการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า ในการทำเช่นนั้น นักวิจัยได้ประดิษฐ์ท่อนำคลื่นที่แปลงแสงโทรคมนาคมแบบคลื่นต่อเนื่อง-ให้เป็นแสงที่มองเห็นได้ (ดูรูปด้านล่าง)
