0
Цей прогрес може дозволити розробити компактні тривимірні фотонні інтегровані пристрої, здатні обробляти великі обсяги даних тощо. Дослідники розробили новий спосіб контролю та маніпулювання оптичними сигналами, вбудовуючи рідкокристалічний шар у хвилеводи, створені за допомогою прямого лазерного запису. Нові пристрої забезпечують електрооптичний контроль поляризації, що може відкрити нові можливості для пристроїв на основі чіпів і складних фотонних схем на основі хвилеводів із фемтосекундним записом.
«Лазерний запис хвилеводів і електрооптична модуляція за допомогою рідких кристалів раніше не поєднувалися таким чином», — сказав Алессандро Альберучі з Єнського університету імені Фрідріха Шиллера в Німеччині. «Ми сподіваємося, що ця технологія може бути використана для створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв, які можуть обробляти великі обсяги інформації для центрів обробки даних та інших додатків, що інтенсивно обробляють дані».
У журналі Optical Materials Express дослідники описують, як вони створили регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу з плавленого кремнезему. При подачі напруги на рідкий кристал його молекули обертаються, що змінює поляризацію світла, що проходить через хвилевід. В експериментах дослідники продемонстрували повну модуляцію оптичної поляризації на двох різних видимих довжинах хвиль.
«Наша робота прокладає шлях до інтеграції нових типів оптичних функцій у весь об’єм одного скляного чіпа, створюючи компактні 3D фотонні інтегровані пристрої, які раніше були неможливими», — сказав Альберуччі. «Унікальна тривимірна природа фемтосекундних хвилеводів може бути використана для створення нових просторових модуляторів світла, де кожен піксель окремо обробляється одним хвилеводом. Технологія також може знайти застосування в експериментальній реалізації щільних оптичних нейронних мереж».
Поєднання двох ключових технологій
Фемтосекундні лазери можна використовувати для запису хвилеводів глибоко всередині матеріалу, а не лише на поверхні, як інші методи, що робить його перспективним підходом до максимального збільшення кількості хвилеводів на одному чіпі. Цей підхід передбачає фокусування інтенсивного лазерного променя всередині прозорого матеріалу. Коли оптична інтенсивність достатньо висока, промінь змінює матеріал під освітленням, таким чином діючи як своєрідна ручка з точністю до мікрометра.
«Найважливішим недоліком використання технології фемтосекундного лазерного запису для створення хвилеводів є складність модуляції оптичного сигналу в цих хвилеводах», — сказав Альберуччі. «Оскільки повна комунікаційна мережа потребує пристроїв, здатних контролювати переданий сигнал, наша робота досліджує нові рішення для подолання цього обмеження».
У новій статті дослідники поєднали дві фундаментальні фотонні технології, вставивши шар рідкого кристала у хвилевід. Коли промінь, що поширюється всередині хвилеводу, потрапляє в шар рідкого кристала, він змінює фазу та поляризацію світла під час застосування електричного поля. Потім модифікований промінь проходить через другу секцію хвилеводу, таким чином поширюється промінь із модульованими властивостями.
«Гібридизація дозволяє отримати доступ до переваг обох технологій в одному пристрої: велика концентрація світла завдяки ефекту наведення та великий ступінь настроюваності, пов’язаної з рідкими кристалами», — сказав Альберуччі. «Це дослідження відкриває шлях до використання властивостей рідких кристалів як модуляторів у фотонних пристроях, які мають хвилеводи, вбудовані у весь їхній об’єм».
Переваги гібридного підходу
Хоча оптична модуляція в фемтосекундних хвилеводах, написаних лазером, раніше досягалася шляхом локального нагрівання хвилеводу, використання рідких кристалів у новій роботі дозволяє безпосередньо контролювати поляризацію. «Наш підхід має кілька потенційних переваг: менше енергоспоживання, можливість незалежного вирішення окремих хвилеводів у масі та менші перехресні перешкоди між сусідніми хвилеводами», — сказав Альберуччі.
Щоб перевірити пристрої, дослідники вводили лазерне світло у хвилевід, а потім змінювали напругу, прикладену до рідкокристалічного шару, який модулював світло. Виміряна поляризація на виході змінювалася відповідно до теорії. Вони також виявили, що інтеграція рідкого кристала з хвилеводами залишила властивості модуляції рідких кристалів незмінними.
Дослідники зазначають, що це дослідження є лише підтвердженням концепції, тому потрібно зробити більше роботи, перш ніж технологія буде готова до практичного застосування. Наприклад, поточний пристрій модулює кожен хвилевід однаково, тому вони працюють над досягненням незалежного керування кожним хвилеводом.
Discussion about this post