Chips de Silício

Experimentos em ótica quântica, como os realizados no LMCAL, muitas vezes exigem espaço considerável, ocupando uma mesa ótica com alguns metros quadrados de área. A necessidade de espaço muitas vezes dificulta o desenvolvimento de dispositivos essenciais ao avanço tecnológico, como se vê no jovem campo da computação quântica. O estudo de processos não-lineares em chips permite a miniaturização destes experimentos, acontecendo de forma compacta, estável e compatível com a atual tecnologia de circuitos eletrônicos, e ainda permitindo uma conexão direta entre a atual tecnologia de processadores e dispositivos baseados em luz.

Estamos desenvolvendo no LMCAL um projeto em colaboração com o grupo da Profª Michal Lipson, da Columbia University, que vem estudando estes processos extensivamente e com pioneirismo, obtendo resultados importantes na geração de pentes de frequência em cavidades de nitreto de silício e geração de segundo harmônico, por exemplo. Nosso trabalho conjunto visa a obter uma melhor compreensão das propriedades clássicas e quânticas da luz produzida em chip tanto na geração de segundo harmônico quanto na conversão paramétrica descendente e, assim, desenvolver um Oscilador Paramétrico Ótico de dimensões micrométricas que seja uma fonte robusta e estável de estados não-clássicos da luz.

Os chips por nós utilizados consistem de um substrato de sílica (SiO2) com guias de onda de nitreto de silício (Si3N4). Por causa da diferença do índice de refração do guia de onda com relação ao seu entorno, é possível estabelecer um alto confinamento de luz em uma região bem pequena do meio material, que juntamente com uma microcavidade em anel origina efeitos não-lineares com pequena intensidade do campo de bombeamento. Aqui no laboratório, como mencionado, estamos interessados em efeitos não-lineares de segunda ordem com o nitreto de silício, o que a princípio seria impossível levando em conta o argumento de que meios centro-simétricos como o nitreto de silício não apresentam susceptibilidade não-linear de ordem 2. Porém, devido à pequena geometria destes guias de ondas, de dimensões típicas comparáveis a um comprimento de onda ótico, a centro-simetria é quebrada e fenômenos de segunda ordem tornam-se observáveis.