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Des chercheurs fabriquent une résolution optique basée sur une puce

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Petit résonateur

Image : Les chercheurs ont créé un résonateur toroïdal basé sur une puce qui fonctionne dans les régions ultraviolettes et visibles du spectre et présente une perte record de lumière ultraviolette. Le résonateur (petit cercle au milieu) apparaît avec une lumière bleue.
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Crédit : Ching-Shing He, Université de Yale

WASHINGTON – Des chercheurs ont créé des résonateurs photoniques basés sur des puces qui fonctionnent dans les régions ultraviolettes et visibles du spectre et présentent des pertes record dans la lumière ultraviolette. Les nouveaux résonateurs jettent les bases d’une taille, d’une complexité et d’une précision de conception accrues des circuits intégrés photoniques UV (PIC), qui pourraient permettre la création de nouveaux dispositifs miniaturisés basés sur des puces pour des applications telles que la détection spectrale, les communications sous-marines et le traitement de l’information quantique.

« Par rapport aux domaines établis tels que la photonique des communications et la photonique visible, la photonique UV est moins explorée, bien que les longueurs d’onde UV soient nécessaires pour atteindre certaines transitions atomiques dans l’informatique quantique basée sur les atomes et les ions et pour exciter certaines molécules fluorescentes pour la détection biochimique », a déclaré une équipe. membre. Trouvez Chengxing est de Université de Yale. « Notre travail pose une bonne base pour la construction de circuits photoniques fonctionnant aux longueurs d’onde UV. »

Dans la revue Optica Publishing Group Optique ExpressLes chercheurs décrivent la microphotonique à base d’alumine et comment ils ont atteint une faible perte sans précédent aux longueurs d’onde UV en combinant le bon matériau avec une conception et une fabrication optimisées.

« Nos travaux montrent que les images UV ont atteint un point critique où la perte de lumière des guides d’ondes n’est plus bien pire que celle de leurs homologues visibles », a déclaré Hong Tang, chef de l’équipe de recherche. « Cela signifie que toutes les structures PIC intéressantes développées pour les longueurs d’onde du visible et des communications, telles que les peignes de fréquence et le verrouillage par injection, peuvent également être appliquées aux longueurs d’onde UV. »

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Réduire la perte de lumière

Les microrésonateurs ont été fabriqués à partir de films minces d’alumine de haute qualité co-auteurs Carlo Waldfried et John Fei Zheng d’Entegris Inc. Préparé à l’aide d’un processus de dépôt de couche atomique (ALD) hautement évolutif. La grande bande interdite de l’alumine, d’environ 8 eV, la rend transparente aux photons UV, qui ont une énergie beaucoup plus faible (environ 4 eV) que la bande interdite. Ce matériau n’absorbe donc pas les longueurs d’onde ultraviolettes.

« Le précédent record a été atteint avec du nitrure d’aluminium, dont la portée est d’environ 6 volts », a-t-il déclaré. « Par rapport au nitrure d’aluminium monocristallin, l’alumine amorphe ALD présente moins de défauts et est moins difficile à fabriquer, ce qui nous a permis de réduire les pertes. »

Pour créer les microrésonateurs, les chercheurs ont gravé de l’alumine pour créer ce que l’on appelle un guide d’ondes à nervures, où une plaque surmontée d’une bande crée une structure de piégeage de la lumière. À mesure que la nervure s’approfondit, le confinement devient plus fort mais la perte de dispersion devient également plus forte. Ils ont utilisé la simulation pour trouver la bonne profondeur de gravure afin d’obtenir le confinement de la lumière souhaité tout en minimisant la perte de diffusion.

Fabriquer des résonateurs en anneau

Les chercheurs ont appliqué ce qu’ils ont appris des guides d’ondes pour créer des résonateurs toroïdaux d’un rayon de 400 microns. Ils ont constaté que la perte de rayonnement peut être réduite à moins de 0,06 dB/cm à 488,5 nm et à moins de 0,001 dB/cm à 390 nm lorsque la profondeur de gravure est supérieure à 80 nm dans un film d’alumine de 400 nm d’épaisseur.

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Après avoir fabriqué des résonateurs toroïdaux sur la base de ces calculs, les chercheurs ont déterminé leurs facteurs Q en mesurant la largeur des pics de résonance tout en balayant la fréquence de la lumière injectée dans le résonateur. Ils ont trouvé un facteur de qualité standard (Q) de 1,5 × 106 à 390 nm (dans la partie UV du spectre) et un facteur Q de 1,9 x 106 À 488,5 nm (longueur d’onde de la lumière bleue visible). Des facteurs Q plus élevés indiquent moins de perte de lumière.

« Par rapport aux images UV aux longueurs d’onde visibles ou de communication, les images UV peuvent trouver un avantage dans les communications en raison de leur plus grande bande passante ou dans des conditions où d’autres longueurs d’onde sont absorbées, comme sous l’eau », a-t-il déclaré. « En outre, le fait que le processus de dépôt de couche atomique utilisé pour créer l’alumine soit compatible avec le CMOS ouvre la voie à l’intégration du CMOS avec la photonique à base d’alumine amorphe. »

Les chercheurs travaillent actuellement au développement de résonateurs toroïdaux à base d’alumine pouvant être réglés pour fonctionner à différentes longueurs d’onde. Cela peut être utilisé pour obtenir un contrôle précis de la longueur d’onde ou pour créer des modulateurs utilisant deux résonateurs qui interfèrent l’un avec l’autre. Ils souhaitent également développer une source de lumière UV PIC intégrée pour former un système UV complet basé sur PIC.

papier: C. He, Y. Wang, C. Waldfried, G. Yang, J.-F. Zheng, S. Hu et H. Il choisit, décide. passer, vol. 31, n° 21, pages 33923-33929 (2023)

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Identification numérique : https://doi.org/10.1364/OE.492510

sur Optique Express

Optique Express Rapports sur les innovations scientifiques et technologiques dans tous les aspects de l’optique et de la photonique. La revue bihebdomadaire propose une publication rapide de recherches originales évaluées par des pairs. Il est publié par Optica Publishing Group et est dirigé par le rédacteur en chef James Leger de l’Université du Minnesota, aux États-Unis. Optique Express Il s’agit d’une revue en libre accès accessible gratuitement aux lecteurs en ligne. Pour plus d’informations, visitez Optique Express.

À propos d’Optica Publishing Group (anciennement OSA)

Optica Publishing Group est une division d’Optica (anciennement OSA), un développeur mondial d’optique et de photonique. Elle publie la plus grande collection de contenus évalués par des pairs dans le domaine de l’optique et de la photonique, comprenant 18 revues prestigieuses, la principale revue membre de la société et des articles de plus de 835 conférences, dont plus de 6 500 vidéos liées. Avec plus de 400 000 articles de revues, documents de conférence et vidéos à rechercher, découvrir et accéder, Optica Publishing Group représente l’éventail complet de la recherche dans ce domaine à travers le monde.


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« Danse cosmique du feu et de la glace » : l’ESA partage des images époustouflantes du « mystérieux » système stellaire

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« Danse cosmique du feu et de la glace » : l’ESA partage des images époustouflantes du « mystérieux » système stellaire

L’Agence spatiale européenne a laissé les internautes impressionnés après avoir partagé vendredi un aperçu du « mystérieux » système stellaire Mira HM Sge. L’étoile symbiotique est située à 3 400 années-lumière dans la constellation du Sagittaire et se compose d’une géante rouge et de sa compagne naine blanche. L’Agence spatiale européenne l’a qualifié de « danse cosmique du feu et de la glace », alors que l’étoile devenait de plus en plus chaude et plus sombre.

« La matière saigne de la géante rouge et tombe sur la naine, la rendant extrêmement brillante. Ce système a éclaté pour la première fois sous forme de nova en 1975. La brume rouge témoigne des vents stellaires. Son profil sur le site Web de la NASA indique que la nébuleuse est d’environ un quart de celle-ci. une année optique.

Le pont gazeux reliant actuellement l’étoile géante à la naine blanche devrait s’étendre sur environ 3,2 milliards de kilomètres.

Selon l’Agence spatiale européenne, ces étoiles mystérieuses ont surpris les astronomes avec une « explosion semblable à une nova » en 1975, augmentant leur luminosité d’environ 250 fois. Cependant, contrairement à la plupart des novae, elle ne s’est pas éteinte au cours des décennies suivantes. Des observations récentes suggèrent que le système est devenu plus chaud, mais qu’il s’est paradoxalement légèrement atténué.

« Grâce à Hubble et au télescope SOFIA, à la retraite, nous avons résolu l’énigme ensemble. Les données ultraviolettes de Hubble révèlent des températures torrides autour de la naine blanche, tandis que SOFIA a détecté de l’eau s’écoulant à des vitesses incroyables, suggérant… « Il y a un disque de matière en rotation. « .

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Les données UV de Hubble indiquent que la température estimée de la naine blanche et du disque d’accrétion est passée de moins de 220 000 degrés Celsius en 1989 à plus de 250 000 degrés Celsius.

L’équipe de la NASA a également utilisé le télescope volant SOFIA, aujourd’hui retiré, pour détecter l’eau, les gaz et la poussière circulant dans et autour du système. Les données spectroscopiques infrarouges montrent que l’étoile géante, qui produit de grandes quantités de poussière, a retrouvé son comportement normal deux ans seulement après l’explosion, mais qu’elle est devenue plus faible ces dernières années. SOFIA a aidé les astronomes à voir l’eau se déplacer à environ 28 kilomètres par seconde, ce qui, selon eux, est la vitesse du disque d’accrétion sifflant autour de la naine blanche.

(Avec la contribution des agences)

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Trois lancements de missiles spéciaux à surveiller

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Trois lancements de missiles spéciaux à surveiller

Avez-vous vu le lancement du Starship de SpaceX plus tôt ce mois-ci ? Si cela a aiguisé votre appétit pour des lancements de fusées plus avancés, alors vous avez de la chance car cet été verra trois autres lancements de grande envergure.

Attendez-vous à une rare sortie de la fusée Falcon Heavy de SpaceX, au lancement de la première nouvelle fusée et à une tentative d’envoyer des astronautes plus loin dans l’espace que jamais depuis les missions Apollo de la NASA au début des années 1970.

Voici tout ce que vous devez savoir – et les dates de votre agenda.

Mardi 25 juin : Rare lancement et atterrissage tandem

Mission : SpaceX Falcon Heavy lance le satellite GOES-U de la NOAA.

Où regarder : SpaceX site Web ou Chaîne Youtube.

La dixième fusée SpaceX Falcon Heavy sera lancée aujourd’hui depuis le Kennedy Space Center en Floride, mettant en orbite un satellite météorologique NASA/NOAA GOES-U. GOES-U est unique en ce sens qu’il dispose d’un coronographe qui image mystérieusement l’atmosphère extérieure la plus chaude du Soleil, aidant ainsi les physiciens solaires à prédire avec plus de précision la météo spatiale.

Falcon Heavy est un lanceur lourd partiellement réutilisable, et le point culminant sera de voir ses deux propulseurs atterrir côte à côte sur deux plateformes côte à côte.

La NASA et SpaceX visent une fenêtre de lancement de deux heures qui s’ouvrira à 17 h 16 HNE le mardi 25 juin, mais gardez un œil sur SpaceX se nourrit de X Pour un timing précis.

Mardi 9 juillet : Une nouvelle fusée puissante décolle pour la première fois dans le ciel

Mission : Lancer pour la première fois la nouvelle fusée géante en Europe.

Où regarder : Agence spatiale européenne site Web ou Chaîne Youtube.

L’Agence spatiale européenne a confirmé le premier lancement de la sonde Ariane 6 depuis le port spatial européen en Guyane française.

Le nouveau lanceur lourd européen remplace Ariane 5 et dispose d’un étage supérieur rallumable, qui lui permettra de lancer plusieurs missions sur différentes orbites en un seul vol.

Vendredi 12 juillet : Polaris Dawn atteint 870 milles au-dessus de la Terre

Mission : SpaceX Falcon 9 lancera un équipage commercial de quatre astronautes privés dans l’espace à bord d’une capsule Dragon.

Où regarder : SpaceX site Web ou Chaîne Youtube.

Le programme Polaris est un partenariat avec SpaceX qui verra jusqu’à trois missions de vols spatiaux habités pour démontrer de nouvelles technologies. Elle est dirigée par Jared Isaacman, fondateur de Shift4 Payments, parti dans l’espace en tant que commandant de la mission SpaceX Inspiration4 en septembre 2021.

Cette première mission, « Polaris Dawn », verra le vaisseau spatial Dragon avec quatre astronautes (Isaacman, Scott Poteet, Sarah Gillies et Anna Menon) voler à 870 milles au-dessus de la Terre, le niveau le plus élevé depuis les missions Apollo sur la Lune.

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Récupère mes livres Observation des étoiles en 2024, Programme d’observation des étoiles pour débutants Et Quand aura lieu la prochaine éclipse ?

Je vous souhaite un ciel clair et des yeux écarquillés.

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Une source de cristaux liquides de paires de photons

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La conversion ascendante paramétrique spontanée (SPDC), en tant que source de photons intriqués, présente un grand intérêt pour la physique quantique et la technologie quantique, mais jusqu’à présent, elle ne peut être mise en œuvre que dans des matériaux solides. Des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) et de l’Institut Josef Stefan de Ljubljana, en Slovénie, ont démontré pour la première fois la SPDC dans un cristal liquide. Les résultats ont été récemment publiés dans natureouvrent la voie à une nouvelle génération de sources quantiques : efficaces et accordables par champs électriques.

Diviser un photon en deux est l’un des outils les plus utiles en photonique quantique. Il peut créer des paires de photons intriqués, des photons uniques, de la lumière compressée et des états photoniques encore plus complexes, essentiels aux technologies photoniques quantiques. Ce processus est connu sous le nom de conversion abaisseur automatique (SPDC).

Le SPDC est étroitement lié à la symétrie centrale. Il s’agit de la symétrie par rapport à un point – par exemple, un carré est symétrique au centre mais pas un triangle. Essentiellement, en divisant un photon en deux, le SPDC brise la symétrie centrale. Par conséquent, cela n’est possible que dans les cristaux dont la cellule primaire est asymétrique au centre. La SPDC ne peut pas se produire dans les liquides ou les gaz ordinaires, car ces matériaux sont isotropes.

Cependant, des chercheurs ont récemment découvert des cristaux liquides de structure différente, appelés cristaux liquides nématiques ferroélectriques. Bien qu’ils soient fluides, ces matériaux se caractérisent par une forte rupture de symétrie centrale. Leurs molécules sont allongées, asymétriques et surtout, elles peuvent être réorientées par un champ électrique externe. La réorientation des molécules modifie la polarisation des paires de photons générées, ainsi que le taux de génération. Avec un conditionnement approprié, un échantillon de ces matériaux peut constituer un dispositif extrêmement utile car ils produisent efficacement des paires de photons, peuvent être facilement réglés à l’aide d’un champ électrique et peuvent être intégrés dans des dispositifs plus complexes.

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À l’aide d’échantillons préparés à l’Institut Josef Stefan (Ljubljana, Slovénie) à partir de cristaux liquides nématiques ferroélectriques fabriqués par Merck Electronics KGaA, des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière ont appliqué pour la première fois la SPDC à un cristal liquide. . L’efficacité de génération de photons intriqués est aussi élevée que celle des meilleurs cristaux non linéaires, tels que le niobate de lithium, d’épaisseur similaire. En appliquant un champ électrique de quelques volts seulement, ils ont pu activer et désactiver la génération de paires de photons, ainsi que modifier les propriétés de polarisation de ces paires. Cette découverte marque le début d’une nouvelle génération de sources lumineuses quantiques : flexibles, accordables et efficaces.

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