Nyt usynlighedskoncept og miniaturisering af fotoniske kredsløb ved hjælp af ultrahurtig laser

Fra kompakte biosensorer og spektrometre til usynlige enheder og kvantecomputere, applikationer relateret til integreret fotonik er i stigende grad eftertragtet. Som i optiske fibre, ledelys i integrerede fotoniske kredsløb opnås ved en lokal forøgelse af materialets brydningsindeks (RI). Ultrahurtig laserskrivning er den eneste teknologi, der tillader tredimensionel RI-modifikation i transparente materialer, således den direkte fremstilling af 3-D fotoniske enheder. Efter den første laserskrivning af fotoniske kanaler i glas i slutningen af ​​90'erne, man troede, at teknologien hurtigt ville blive det foretrukne værktøj til fremstilling af integreret fotonik. Imidlertid, trods mange anstrengelser, størrelsen af ​​den laserinducerede RI-ændring forbliver begrænset, forhindrer fremstillingen af ​​kompakte enheder med bøjelige optiske kanaler, som kræver høje RI-ændringer.

I et nyt blad udgivet i Lys:Videnskab og applikationer , Dr. Jerome Lapointe fra Center for Optik, Fotonik og lasere (COPL), Laval Universitet, Canada og kolleger opdagede et fysisk fænomen relateret til den elektroniske resonans af laserbehandlede materialer, som adresserer RI-ændringsproblemet. Ved at bruge det nye koncept, forskerne demonstrerede fotoniske kanaler med bøjningsradier i mikronstørrelse, som ikke var opnået i tre dimensioner før. Den nye teknologi har potentialet til betydeligt at miniaturisere 3-D fotonikkredsløb, tillader tættere integration af fotoniske applikationer på en samme chip eller øger den optiske kvantecomputerkapacitet, for eksempel. Disse videnskabsmænd forklarer deres opdagelse:

"Vi har opdaget, at femtosekund-laserimpulser lokalt og permanent kan ændre den elektroniske resonans af et materiale. Ved matematisk definition, RI afhænger eksponentielt af materialets elektroniske resonans som funktion af lysfrekvenser (eller farver). Vi viste derefter, at fotoniske kredsløb kunne drage fordel af dette fænomen i et gennemsigtigt område af materialet. I denne region, ændringen i RI (som er grundlaget for de fotoniske kredsløb) kan nå en meget stor positiv værdi, som tillader lysstyring i miniaturiserede fotoniske kredsløb."

"Europæiske videnskabsmænd fremstillede for nylig kvantecomputerkomponenter ved hjælp af laserskrivning. Kvanteanordningerne er 5 til 10 centimeter lange. Vores opdagelse tyder på, at de samme kvanteenheder kan være over 10 gange mindre. Dette er meget lovende, eftersom enhver computers computerkapacitet er direkte proportional med mængden af ​​komponenter på en chip, " tilføjede de.

Overraskende nok, forskerne observerede, at kredsløbene er usynlige, når rødt lys skinner gennem dem. De fandt ud af, at kredsløbene bliver usynlige for visse farver afhængigt af materialet og laserskriveforholdene. Forskerne forklarer fænomenet ved hjælp af den samme teori, der antyder den elektroniske resonansvariation. Dette nye koncept baner vejen for usynlige fotoniske applikationer, som kunne placeres på telefonens skærme, bil forruder, og industrielle udstillinger.

"Vi fandt ud af, at den positive RI-ændring induceret af den elektroniske resonansvariation nøjagtigt kan kompensere den negative RI-ændring induceret af en strukturel udvidelse (begge forårsaget af laserskrivningen), resulterer i en nul RI-ændring for visse farver. Så vidt vi ved, dette er et nyt koncept for direkte fremstilling af usynlige strukturer. Den fordelagtige kombination af høj RI-ændring for driftsfrekvenser og usynligheden for regnbuefrekvenserne kan være med til at aktivere flere usynlige applikationer på telefonskærme, for eksempel, ", forudser forskerne.