Die elektrooptische Polarisationssteuerung wird durch Femtosekundenlaserschreiben 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 Femtosekundenlaserschreiben und Flüssigkristall kombinierenElektrooptische Modulation. Durch 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 mithilfe der Femtosekunden-Laserschreibtechnologie hergestellt werden. Das Forschungsteam erläuterte detailliert, wie es abstimmbare Wellenplatten in Wellenleitern aus geschmolzenem Silizium herstellte. Wenn eine Spannung an den Flüssigkristall angelegt wird, drehen sich 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, um innovative Fortschritte bei 3D-photonisch integrierten Geräten zu erzielen
Die Fähigkeit von Femtosekundenlasern, Wellenleiter tief im Inneren des Materials und nicht nur auf der Oberfläche präzise zu schreiben, macht sie zu einer vielversprechenden Technologie, um die Anzahl der Wellenleiter auf einem einzelnen Chip zu maximieren. Die Technologie funktioniert durch die Fokussierung eines hochintensiven Laserstrahls in einem transparenten Material. Wenn die Lichtintensität ein bestimmtes Niveau erreicht, verändert der Strahl die Eigenschaften des Materials an seinem Auftreffpunkt, genau wie ein Stift mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich.
Das Forschungsteam kombinierte zwei grundlegende Photonentechniken, um eine Schicht aus Flüssigkristallen in den Wellenleiter einzubetten. Während sich der Strahl durch den Wellenleiter und den Flüssigkristall bewegt, 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, wodurch die Übertragung des optischen Signals mit Modulationseigenschaften erreicht wird. Diese Hybridtechnologie, die beide Technologien vereint, ermöglicht die Vorteile beider Technologien im selben Gerät: einerseits die hohe Dichte der Lichtkonzentration 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 einzubettenModulatorenfürPhotonische Geräte.

Abbildung 1 Die Forscher betteten Flüssigkristallschichten in Wellenleiter ein, die durch direktes Laserschreiben erzeugt wurden, und das 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 ModulationBeim Femtosekunden-Laserschreiben von Wellenleitern wurde bisher hauptsächlich durch lokale Erwärmung der Wellenleiter erreicht, in dieser Studie wurde die Polarisation direkt durch die Verwendung von Flüssigkristallen gesteuert. „Unser Ansatz hat mehrere potenzielle Vorteile: geringerer Stromverbrauch, die Möglichkeit, einzelne Wellenleiter unabhängig zu verarbeiten und weniger 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 stimmen mit den theoretischen Erwartungen überein. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Modulationseigenschaften des Flüssigkristalls unverändert blieben, nachdem der Flüssigkristall in den Wellenleiter integriert wurde. Die Forscher betonen, dass es sich bei der Studie lediglich um einen Proof of Concept handele und es daher noch viel zu tun gebe, bis die Technologie in der Praxis eingesetzt werden könne. Aktuelle Geräte modulieren beispielsweise alle Wellenleiter auf die gleiche Weise, sodass das Team daran arbeitet, eine unabhängige Steuerung jedes einzelnen Wellenleiters zu erreichen.