Nye polymermaterialer gør fremstilling af optiske sammenkoblinger nemmere

Forskere har udviklet nye polymermaterialer, der er ideelle til at lave de optiske forbindelser, der er nødvendige for at forbinde chip-baserede fotoniske komponenter med kredsløb på kort eller optiske fibre. Polymererne kan bruges til nemt at skabe sammenkoblinger mellem fotoniske chips og optiske printkort, den lysbaserede ækvivalent til elektroniske printkort.

"Disse nye materialer og de processer, de muliggør, kan føre til kraftfulde nye fotoniske moduler baseret på siliciumfotonik," sagde leder af forskningsteamet Robert Norwood fra University of Arizona. "De kunne også være nyttige til optisk registrering eller fremstilling af holografiske skærme til augmented og virtual reality-applikationer.

Silicium fotonik teknologi gør det muligt at integrere lysbaserede komponenter på en lille chip. Selvom mange af de grundlæggende byggesten i siliciumfotoniske enheder er blevet demonstreret, er der behov for bedre metoder til at fremstille de optiske forbindelser, der forbinder disse komponenter for at skabe mere komplekse systemer.

I tidsskriftet Optical Materials Express , rapporterer forskerne nye polymermaterialer, der har et brydningsindeks, der kan justeres med ultraviolet (UV) lys og lave optiske tab. Disse materialer gør det muligt at printe en enkelt-mode optisk sammenkobling direkte ind i et tørt filmmateriale ved hjælp af et lavpris litografisystem med høj kapacitet, der er kompatibelt med CMOS-fremstillingsteknikkerne, der bruges til at fremstille chip-baserede fotoniske komponenter.

"Denne teknologi gør det mere praktisk at fremstille optiske sammenkoblinger, som kan bruges til at gøre internettet - især datacentrene, der får det til at køre - mere effektivt," sagde Norwood. "Sammenlignet med deres elektroniske modstykker kan optiske sammenkoblinger øge datagennemstrømningen, mens de også genererer mindre varme. Dette reducerer strømforbruget og kølebehovet."

Udskiftning af ledninger med lys

Forskningen udvider på et vinylthiophenol polymer materiale system kendt som S-BOC, som efterforskerne udviklede tidligere. Dette materiale har et brydningsindeks, der kan modificeres ved hjælp af UV-belysning. I det nye arbejde fluorerede forskerne delvist S-BOC for at forbedre lyseffektiviteten. Det nye materialesystem, kaldet FS-BOC, udviser lavere optiske udbredelsestab end mange andre optiske sammenkoblingsmaterialer.

"Med dette materiale kan vi bruge en proces, som vi kalder SmartPrint til direkte at skrive optiske forbindelser mellem forskellige optiske printpladeelementer, såsom ion-exchange (IOX) glasbølgeledere leveret af vores samarbejdspartner Lars Brusberg fra Corning Incorporated," sagde Norwood.

For at udføre SmartPrint-processen påføres en FS-BOC-film direkte på en fotonisk komponent. Ingen mekanisk justering er nødvendig, fordi den optiske sammenkobling er lavet ved hjælp af et maskeløst litografisystem, der beregner, hvor sammenkoblingen er påkrævet ved at se på komponenterne og derefter skrive den optiske sammenkobling ind i polymeren ved hjælp af fotoeksponering. Ingen yderligere bearbejdning er nødvendig ud over kortvarig opvarmning af polymerfilmen til 90 °C. Fordi fremstillingstilgangen er maskeløs, kan skrivemønstre ændres uden at lave en ny fotomaske.

Oprettelse af en forbindelse

For at demonstrere de nye materialer deponerede forskerne dem direkte på ionbytterglasbølgelederarrays, som almindeligvis bruges til integrerede fotoniske enheder. De udskrev derefter de nødvendige koblingsfunktioner for at tillade lys at rejse ud af én IOX-bølgeleder, forplante sig ind i den nyfremstillede polymerforbindelse og derefter indtaste en anden IOX-bølgeleder ved siden af ​​den oprindelige IOX-bølgeleder.

Ifølge forskerne fungerede de polymere optiske sammenkoblinger godt og viste lave udbredelses- og koblingstab, hvilket betyder, at meget lidt lys gik tabt, da det bevægede sig inden for sammenkoblingen eller mellem det og de andre komponenter.

Forskerne arbejder nu på at forbedre materialets brydningsindekskontrast og ydeevne ved høje temperaturer. "En højere brydningsindekskontrast ville gøre materialet mere tolerant over for fremstillingsvariationer, mens højtemperaturydeevne sandsynligvis er nødvendig for at sammenkoblingen kan modstå loddegennemstrømningsprocesser, som finder sted over 200 °C," sagde Norwood. + Udforsk yderligere

Ultrakompakt integreret fotonisk enhed kan føre til nye optiske teknologier