Polarisation elektrooptiskkontroll realiseras genom femtosekundlaserskrivning och flytande kristallmodulering
Forskare i Tyskland har utvecklat en ny metod för optisk signalkontroll genom att kombinera femtosekundlaserskrivning och flytande kristallerelektrooptisk moduleringGenom att bädda in ett flytande kristalllager i vågledaren realiseras elektrooptisk kontroll av strålens polarisationstillstånd. Tekniken öppnar upp helt nya möjligheter för chipbaserade enheter och komplexa fotoniska kretsar tillverkade med femtosekundlaserskrivningsteknik. Forskargruppen beskrev i detalj hur de tillverkade avstämbara vågplattor i smälta kiselvågledare. När en spänning appliceras på den flytande kristallen roterar de flytande kristallmolekylerna, vilket förändrar polarisationstillståndet för det ljus som överförs i vågledaren. I de utförda experimenten modulerade forskarna framgångsrikt polarisationen av ljus vid två olika synliga våglängder (Figur 1).
Kombinerar två nyckelteknologier för att uppnå innovativa framsteg inom integrerade 3D-fotoniska enheter
Femtosekundlasrars förmåga att exakt skriva vågledare djupt inuti materialet, snarare än bara på ytan, gör dem till en lovande teknik för att maximera antalet vågledare på ett enda chip. Tekniken fungerar genom att fokusera en högintensiv laserstråle inuti ett transparent material. När ljusintensiteten når en viss nivå ändrar strålen materialets egenskaper vid dess appliceringspunkt, precis som en penna med mikronnoggrannhet.
Forskargruppen kombinerade två grundläggande fotontekniker för att bädda in ett lager av flytande kristaller i vågledaren. När strålen färdas genom vågledaren och genom den flytande kristallen ändras strålens fas och polarisering när ett elektriskt fält appliceras. Därefter fortsätter den modulerade strålen att fortplanta sig genom den andra delen av vågledaren, vilket uppnår överföring av den optiska signalen med moduleringsegenskaper. Denna hybridteknik som kombinerar de två teknikerna möjliggör fördelarna med båda i samma enhet: å ena sidan den höga ljuskoncentrationstätheten som orsakas av vågledareffekten, och å andra sidan den flytande kristallens höga justerbarhet. Denna forskning öppnar upp för nya sätt att använda egenskaperna hos flytande kristaller för att bädda in vågledare i den totala volymen av enheter som ...modulatorerförfotoniska enheter.
Figur 1 Forskarna bäddade in flytande kristalllager i vågledare skapade genom direkt laserskrivning, och den resulterande hybridanordningen kunde användas för att ändra polariseringen av ljus som passerar genom vågledarna.
Tillämpning och fördelar med flytande kristaller vid femtosekundlaservågledarmodulering
Även omoptisk moduleringVid femtosekundlaserskrivning uppnåddes tidigare vågledare främst genom att applicera lokal uppvärmning på vågledarna, i denna studie styrdes polariseringen direkt med hjälp av flytande kristaller. "Vår metod har flera potentiella fördelar: lägre strömförbrukning, möjligheten att bearbeta enskilda vågledare oberoende av varandra och minskad interferens mellan intilliggande vågledare", konstaterar forskarna. För att testa enhetens effektivitet injicerade teamet en laser i vågledaren och modulerade ljuset genom att variera spänningen som appliceras på flytande kristallskiktet. Polarisationsförändringarna som observerades vid utgången överensstämmer med teoretiska förväntningar. Forskarna fann också att efter att den flytande kristallen integrerades med vågledaren förblev moduleringsegenskaperna hos den flytande kristallen oförändrade. Forskarna betonar att studien bara är ett proof of concept, så det finns fortfarande mycket arbete att göra innan tekniken kan användas i praktiken. Till exempel modulerar nuvarande enheter alla vågledare på samma sätt, så teamet arbetar för att uppnå oberoende kontroll av varje enskild vågledare.
Publiceringstid: 14 maj 2024