Die elektrooptische Polarisationssteuerung wird durch Femtosekunden-Laserschreiben und Flüssigkristallmodulation realisiert

Polarisation elektrooptischDie Steuerung erfolgt durch Femtosekunden-Laserschreiben und Flüssigkristallmodulation

Forscher in Deutschland haben eine neuartige Methode zur optischen Signalsteuerung entwickelt, indem sie Femtosekunden-Laserschreiben und Flüssigkristallelektrooptische ModulationDurch die Einbettung einer Flüssigkristallschicht in den Wellenleiter wird die elektrooptische Steuerung des Strahlpolarisationszustands realisiert. Die Technologie eröffnet völlig neue Möglichkeiten für chipbasierte Geräte und komplexe photonische Schaltkreise, die mit Femtosekunden-Laserschreibtechnologie hergestellt werden. Das Forschungsteam erläuterte detailliert, wie es abstimmbare Wellenplatten in Silizium-Wellenleitern herstellte. Wird Spannung an den Flüssigkristall angelegt, rotieren die Flüssigkristallmoleküle, wodurch sich der Polarisationszustand des im Wellenleiter übertragenen Lichts ändert. In den durchgeführten Experimenten gelang es den Forschern, die Polarisation von Licht bei zwei verschiedenen sichtbaren Wellenlängen vollständig zu modulieren (Abbildung 1).

Kombination zweier Schlüsseltechnologien für innovative Fortschritte bei integrierten 3D-Photonikgeräten
Femtosekundenlaser können Wellenleiter präzise tief im Material schreiben, anstatt nur auf der Oberfläche. Das macht sie zu einer vielversprechenden Technologie, um die Anzahl der Wellenleiter auf einem Chip zu maximieren. Die Technologie basiert auf der Fokussierung eines hochintensiven Laserstrahls in einem transparenten Material. Erreicht die Lichtintensität ein bestimmtes Niveau, verändert der Strahl die Materialeigenschaften an der Einwirkungsstelle – ähnlich einem Stift mit Mikrometergenauigkeit.
Das Forschungsteam kombinierte zwei grundlegende Photonentechniken, um eine Schicht Flüssigkristalle in den Wellenleiter einzubetten. Während der Strahl den Wellenleiter und den Flüssigkristall durchläuft, ändern sich Phase und Polarisation des Strahls, sobald ein elektrisches Feld angelegt wird. Anschließend breitet sich der modulierte Strahl weiter durch den zweiten Teil des Wellenleiters aus und ermöglicht so die Übertragung des optischen Signals mit Modulationseigenschaften. Diese Hybridtechnologie, die beide Technologien kombiniert, vereint die Vorteile beider Technologien im selben Gerät: einerseits die hohe Lichtkonzentrationsdichte durch den Wellenleitereffekt und andererseits die hohe Einstellbarkeit des Flüssigkristalls. Diese Forschung eröffnet neue Möglichkeiten, die Eigenschaften von Flüssigkristallen zu nutzen, um Wellenleiter in das Gesamtvolumen von Geräten einzubetten.Modulatorenfürphotonische Geräte.

Abbildung 1 Die Forscher betteten Flüssigkristallschichten in Wellenleiter ein, die durch direktes Laserschreiben erzeugt wurden. Das daraus resultierende Hybridgerät könnte verwendet werden, um die Polarisation des durch die Wellenleiter fließenden Lichts zu ändern.

Anwendung und Vorteile von Flüssigkristallen bei der Femtosekunden-Laserwellenleitermodulation
Obwohloptische ModulationWährend das Schreiben von Wellenleitern mit Femtosekundenlasern bisher hauptsächlich durch lokales Erhitzen der Wellenleiter erreicht wurde, wurde in dieser Studie die Polarisation direkt durch Flüssigkristalle gesteuert. „Unser Ansatz hat mehrere potenzielle Vorteile: geringerer Stromverbrauch, die Möglichkeit, einzelne Wellenleiter unabhängig voneinander zu bearbeiten, und geringere Interferenzen zwischen benachbarten Wellenleitern“, stellen die Forscher fest. Um die Wirksamkeit des Geräts zu testen, injizierte das Team einen Laser in den Wellenleiter und modulierte das Licht durch Variation der an die Flüssigkristallschicht angelegten Spannung. Die am Ausgang beobachteten Polarisationsänderungen entsprechen den theoretischen Erwartungen. Die Forscher stellten außerdem fest, dass die Modulationseigenschaften des Flüssigkristalls nach der Integration in den Wellenleiter unverändert blieben. Die Forscher betonen, dass die Studie lediglich ein Proof of Concept ist und noch viel Arbeit zu leisten ist, bevor die Technologie in der Praxis eingesetzt werden kann. Beispielsweise modulieren aktuelle Geräte alle Wellenleiter auf die gleiche Weise, daher arbeitet das Team daran, eine unabhängige Steuerung jedes einzelnen Wellenleiters zu erreichen.