Истраживачи са Универзитета у Оксфорду користили су фемтосекундни ласер за писање стотина таласовода у сафиру, сугеришући да сафирни фотонски чипови обећавају изводљивост у стварном свету.
Слика 1: 4цм дугачак сафир интегрисани фотонски чип.
Фотонска интегрисана кола (ПИЦ) захтевају компактну интеграцију фотонских уређаја на материјалу подлоге тела, који се тренутно користи углавном као стакло. Стакло има своја ограничења, па истраживачи са Универзитета Оксфорд у Великој Британији истражују употребу сафира као алтернативног материјала за подлогу стаклу.
Изградња висококвалитетних интегрисаних фотоничких кола од сафира могла би отворити многе нове могућности за апликације као што су комуникације, сенсинг или квантно рачунарство.
„Основни градивни блокови сваког компактног фотонског кола су таласоводи“, каже Мохан Ванг, истраживач на Одељењу за инжењерске науке на Универзитету у Оксфорду, „и можемо да користимо ласерску производњу да бисмо „писали“ сафиром по дизајнираном узорку од ' таласоводни низови. Када убризгамо светлост у таласоводне низове, светлост се шири дуж пројектоване путање тако да можемо да напишемо стотине таласовода у сафиру за веома сложене функције."
Фемтосекундни ласер пише таласоводе у сафир
Фемтосекундни ласери могу записати ове таласоводе у велике комаде материјала јер су фемтосекундни ласери изузетно интензивни и могу се фокусирати до микрометарске скале. "Ово доводи до нелинеарне јонизације унутар материјала у фокалној запремини, што резултира променом индекса преламања." Ванг је рекао: „Релативним кретањем између фемтосекундног ласера и сафирног материјала, који је постављен на тродимензионалну нанопрецизну платформу, дуж пројектоване путање, могуће је написати интегрисане фотоничке путање које смо дизајнирали на сафирној подлози. "
Таласоводе формирају делови материјала са високим индексом преламања у односу на околне регионе, а најчешћи материјал који се користи у интегрисаној фотоници је стакло.
„Излагање стакла фемтосекундном ласеру повећава његов индекс преламања, тако да је писање таласовода скенирањем ласера дуж унутрашње стране узорка једноставно. Ванг каже: „Али код сафирних кристала, ласер смањује индекс преламања. Дакле, уместо да пишемо таласовод тамо где желимо, ми пишемо на спољашњој страни да бисмо смањили индекс преламања у околном подручју. Ово се зове удубљена облога таласовод, а користили смо га у нашем претходном раду на сафирним влакнима."
Овог пута су побољшали процес и смањили оптички губитак таласовода у поређењу са претходним радом групе на сафиру. Ово им омогућава да сада пишу таласоводе дуге 4 цм, што такође значи да могу писати сложеније структуре као што су оптички разделници 1:2 (погледајте слику 1).
Тим је оптимизовао своје градивне блокове таласовода и направио их више копија. „Процес је био веома добро контролисан и сви резултати су били исти. То нас је навело да схватимо да интегрисани сафирни фотонски чипови имају реалну перспективу изводљивости.“
Калибрација процеса ласерског писања
Огроман изазов у том процесу је, међутим, била калибрација процеса ласерског писања.
Ванг објашњава да су промене у индексу преламања „критичне за пројектовање оптимизованих структура, а ово је посебно тачно за кристале јер имају висок индекс преламања и многа мерења индекса преламања су деструктивна. Али писање фотонских кола захтева веома прецизну контролу ласерски модификованих кола. профила, па је брза карактеризација такође пожељна."
Да би то брзо урадили, истраживачи су написали дизајн линеарног низа како би обезбедили јединствени излазни образац. Образац је директно повезан са променама индекса преламања и може се користити као отисак прста, каже Ванг: „Корелацијом ових образаца са скупом симулација, можемо идентификовати експоненцијалну модулацију. Омогућава брзу, поуздану калибрацију пре сваке производње.“
Џулијан Фелс, водећи истраживач на пројекту, каже да, пошто је сафир веома тврд и отпоран материјал, „може да издржи ултра-високе температуре до 2,000 степена и високо зрачење. Ова својства га чине погодним за екстремна окружења као што су ваздухопловство, свемир и производња енергије. Поред тога, сафир има веома широк спектар спектра у средњем инфрацрвеном региону, прозор који се може користити за медицинске примене. Повећањем сложености фотонских кола, сензори веће перформансе а уређаји се очекују“.
Тим је већ демонстрирао основне грађевне блокове фотонског чипа, а сада активно раде на смањењу губитака и још више проширивању сложености кола.
