On chip optical microresonators for light emission, manipulation & sensing

用于光发射、操纵的片上光学微谐振器

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-06692
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Optical micro resonators are the core of this research program. These devices exhibit a very high level of temporal and spatial light confinement thanks to their extremely high quality (Q) factor and very small modal volumes (V) respectively. This proposal aims at building upon previous discovery grant which generated novel integration approaches and devices based on optical micro resonators, and to apply them for disruptive innovations in sensing, light manipulation and emission. The long-term vision of this program is to provide a technology enabling the integration of photonics and electronics circuits on the same platform. Achieving this goal would allow ultra fast data transfer and low power electronics, required to dramatically decrease the data centers power consumption. To this purpose, we will tackle three groundbreaking research objectives: 1) light emission, 2) light manipulation and 3) sensing, all based on our previously expertise in optical microresonators on chip. The purpose of this program is to develop key technologies and building blocks based on whispering gallery mode microresonators for disruptive applications. GeSn lasers developed in this program will contribute to the advent of CMOS compatible photonics integrated circuits, which are required for ultra fast data transfer and low power electronics with major impacts on cost and energy consumption of data centers. SiN coupled wedged whispering gallery mode resonators optical waveguides will provide optical buffers necessary for optical packet switching networks and photonic quantum information processing. Gas detection plays an important role in environmental monitoring as well as medical diagnostics. Indeed, some volatile organic compounds (VOCs) are linked to cancer since tumour growth involves several metabolic changes leading to the production of specific compounds that can be detected in exhaled breath. Developing small, low cost, sensitive gas sensors that can be produced in large volumes such as the polymer on-chip array of whispering gallery mode resonators gas detector is key for the successful development of these environmental and medical applications. We intend to address important societal questions through our program. One of the most urgent and important challenge humankind is facing presently is its interaction with the environment. With this program, we develop enabling technologies that have the potential to dramatically decrease the energy consumption of data centers which is otherwise projected to grow up to 30% of the total global energy usage by 2030. In addition, the sensing part of the program enables large scale environmental monitoring such as for smart cities and for methane release from the melted permafrost in Nordic regions, a gas whose impact on global warming is 30 times larger than that of CO2.
光学微谐振腔是本研究计划的核心。这些器件分别由于其极高的品质(Q)因子和非常小的模态体积(V)而表现出非常高的时间和空间光限制水平。该提案旨在建立在先前的发现资助的基础上,该发现资助产生了基于光学微谐振器的新型集成方法和器件,并将其应用于传感,光操纵和发射方面的颠覆性创新。该计划的长期愿景是提供一种技术,使光子学和电子电路集成在同一平台上。实现这一目标将允许超快的数据传输和低功耗电子设备,从而大幅降低数据中心的功耗。为此,我们将解决三个突破性的研究目标:1)光发射,2)光操纵和3)传感,所有这些都基于我们以前在芯片上光学微谐振器方面的专业知识。 该计划的目的是开发基于回音壁模式微谐振器的关键技术和构建模块,用于破坏性应用。该计划中开发的GeSn激光器将有助于CMOS兼容光子集成电路的出现,这是超快速数据传输和低功耗电子产品所需的,对数据中心的成本和能耗有重大影响。SiN耦合楔形回音壁模谐振器光波导将为光分组交换网络和光子量子信息处理提供必要的光缓冲器。气体检测在环境监测和医疗诊断中发挥着重要作用。事实上,一些挥发性有机化合物(VOC)与癌症有关,因为肿瘤生长涉及几种代谢变化,导致产生可以在呼出气体中检测到的特定化合物。开发可以大批量生产的小型、低成本、灵敏的气体传感器,例如回音壁模式谐振器气体检测器的聚合物片上阵列,是成功开发这些环境和医疗应用的关键。 我们希望通过我们的项目解决重要的社会问题。人类目前面临的最紧迫和最重要的挑战之一是与环境的相互作用。通过该计划,我们开发的技术有可能大幅降低数据中心的能源消耗,预计到2030年,数据中心的能源消耗将占全球能源消耗总量的30%。此外,该计划的传感部分还可以实现大规模的环境监测,例如智能城市和北欧地区融化的永久冻土中的甲烷释放,这种气体对全球变暖的影响是二氧化碳的30倍。

项目成果

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