Bølgeleder med lavt bøjningstab åbner vejen til nedskæringer af 3-D fotoniske integrerede kredsløb

Femtosecond laser direct writing er en lovende teknologi til fremstilling af fotoniske integrerede chips hovedsageligt på grund af dets iboende evne til tredimensionel (3-D) prototyping i transparente substrater. I øjeblikket, vanskeligheden ved at fremkalde store brydningsindeksændringer jævnt fordelt i de laserbestrålede områder er den største hindring for at producere kompakte fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er). For nylig, forskere i Kina foreslog en løsning for at undertrykke bøjningstabet af bølgelederen ved små krumningsradier med mere end én størrelsesorden, åbning af en ny vej til nedskæring af 3-D fotoniske integrerede kredsløb. Deres arbejde, med titlen "Undertrykkelse af bøjningstab ved at skrive tredimensionelle optiske bølgeledere med femtosekund laserpulser, "blev offentliggjort i Videnskab Kina fysik, Mekanik og astronomi .

PIC'er fremstillet af modne fotolitografiske teknologier bruges til registrering, optisk kommunikation, optisk signalbehandling og biofotonik. Som en iboende plan fremstillingsteknologi, forøgelse af integrationstætheden i fotolitografien afhænger hovedsageligt af at reducere størrelsen af ​​individuelle komponenter. Alternativt kan PIC'er med geometrisk komplekse 3D-konfigurationer kan nu fremstilles ved hjælp af femtosekund laser direkte skrivning, som potentielt giver høj integrationstæthed og ekstrem fleksibilitet med hensyn til integrerede multifunktionelle systemer som optofluidics og optomechanics.

I øjeblikket, bølgeledere indskrevet i smeltet silicaglas har vist sig at understøtte single-mode transmission med spredningstab så lave som 0,1 dB/cm ved 1550 nm bølgelængde. Imidlertid, den typiske forøgelse af brydningsindeks induceret i fusioneret silica ved femtosekund laserbestråling er i størrelsesordenen ~ 10-4- ~ 10-3, hvilket giver anledning til store bøjningstab ved små krumningsradier. Dette er blevet en stor hindring for at producere kompakte fotoniske enheder med 3-D bølgeledere skrevet af femtosekund laserpulser.

For at løse dette udfordrende problem, forskerne indskrev flere modifikationsspor i fusioneret silica ved hjælp af femtosekund laser direkte skrivning, arrangeret i to arrays for at danne et par lodrette modifikationsvægge på de to sider af den buede bølgeleder. Modifikationsstrukturerne frembringer en stærk lokaliseret fortætning af materialet, samt væsentligt forbedret strukturel belastning i styreområdet. Som resultat, brydningsindekskontrasten ved bølgelederbøjningen blev væsentligt forøget. Ved at optimere de geometriske parametre for bøjnings-tab-undertrykkelsesvæggene (BLSW'er), de reducerede med succes bøjningstabet af buede bølgeledere med en bøjningsradius på 15 mm fra ~ 3 dB til ~ 0,3 dB.