PolarisationselektrooptischDie Steuerung erfolgt durch Femtosekundenlaserschreiben und Flüssigkristallmodulation.
Forscher in Deutschland haben eine neuartige Methode zur optischen Signalsteuerung entwickelt, die Femtosekundenlaserschreiben und Flüssigkristalltechnologie kombiniert.elektrooptische ModulationDurch die Einbettung einer Flüssigkristallschicht in den Wellenleiter wird die elektrooptische Steuerung des Polarisationszustands des Lichtstrahls realisiert. Diese Technologie eröffnet völlig neue Möglichkeiten für chipbasierte Bauelemente und komplexe photonische Schaltungen, die mittels Femtosekundenlaser-Schreibtechnologie hergestellt werden. Das Forschungsteam beschrieb detailliert, wie es abstimmbare Wellenplättchen in Silizium-Wellenleitern erzeugte. Wird eine Spannung an den Flüssigkristall angelegt, rotieren die Flüssigkristallmoleküle, wodurch sich der Polarisationszustand des im Wellenleiter transmittierten Lichts ändert. In den durchgeführten Experimenten gelang es den Forschern, die Polarisation des Lichts bei zwei verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Bereich vollständig zu modulieren (Abbildung 1).
Durch die Kombination zweier Schlüsseltechnologien werden innovative Fortschritte bei integrierten 3D-Photonikbauelementen erzielt.
Die Fähigkeit von Femtosekundenlasern, Wellenleiter präzise tief im Material zu erzeugen, anstatt sie nur an der Oberfläche zu platzieren, macht sie zu einer vielversprechenden Technologie, um die Anzahl der Wellenleiter auf einem einzelnen Chip zu maximieren. Die Technologie funktioniert, indem ein hochenergetischer Laserstrahl in ein transparentes Material fokussiert wird. Sobald die Lichtintensität einen bestimmten Wert erreicht, verändert der Strahl die Materialeigenschaften an seinem Auftreffpunkt – vergleichbar mit einem Stift, der mit mikrometergenauer Präzision arbeitet.
Das Forschungsteam kombinierte zwei grundlegende Photonentechniken, um eine Flüssigkristallschicht in den Wellenleiter einzubetten. Beim Durchlaufen des Wellenleiters und des Flüssigkristalls ändern sich Phase und Polarisation des Strahls durch Anlegen eines elektrischen Feldes. Anschließend breitet sich der modulierte Strahl im zweiten Teil des Wellenleiters weiter aus und ermöglicht so die Übertragung des optischen Signals mit Modulationscharakteristik. Diese Hybridtechnologie vereint die Vorteile beider Verfahren in einem einzigen Bauelement: die hohe Lichtkonzentration durch den Wellenleitereffekt und die hohe Einstellbarkeit des Flüssigkristalls. Diese Forschung eröffnet neue Wege, die Eigenschaften von Flüssigkristallen zur Integration von Wellenleitern in das Gesamtvolumen von Bauelementen zu nutzen.Modulatorenfürphotonische Bauelemente.
Abbildung 1 Die Forscher betteten Flüssigkristallschichten in Wellenleiter ein, die durch direktes Laserschreiben erzeugt wurden. Das so entstandene Hybridbauelement könnte verwendet werden, um die Polarisation von Licht zu ändern, das durch die Wellenleiter hindurchtritt.
Anwendung und Vorteile von Flüssigkristallen in der Femtosekundenlaser-Wellenleitermodulation
Obwohloptische ModulationBisher wurde die Polarisation von Wellenleitern mittels Femtosekundenlaserschreiben hauptsächlich durch lokale Erwärmung der Wellenleiter erreicht. In dieser Studie wurde die Polarisation direkt mithilfe von Flüssigkristallen gesteuert. „Unser Ansatz bietet mehrere potenzielle Vorteile: geringerer Stromverbrauch, die Möglichkeit, einzelne Wellenleiter unabhängig voneinander zu bearbeiten, und reduzierte Interferenzen zwischen benachbarten Wellenleitern“, so die Forscher. Um die Effektivität 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 stellten außerdem fest, dass die Modulationseigenschaften des Flüssigkristalls nach der Integration in den Wellenleiter unverändert blieben. Sie betonen, dass die Studie lediglich ein Machbarkeitsnachweis ist und daher noch viel Arbeit nötig ist, bevor die Technologie in der Praxis eingesetzt werden kann. Beispielsweise modulieren aktuelle Geräte alle Wellenleiter auf dieselbe Weise. Das Team arbeitet daher an der unabhängigen Steuerung jedes einzelnen Wellenleiters.
Veröffentlichungsdatum: 14. Mai 2024