在一項將飛秒激光(femtosecond laser)寫入精度與液晶技術(shù)巧妙結(jié)合的開創(chuàng)性研究中，研究人員開發(fā)了一種控制和操縱光信號的新方法，這種方法可以顯著推進復(fù)雜光子電路的發(fā)展。

這項開創(chuàng)性研究由德國弗里德里希·席勒大學(xué)耶拿分校完成，并在《光學(xué)材料快報》雜志上進行了詳細(xì)說明：在熔融二氧化硅波導(dǎo)中引入了可調(diào)諧波盤，展示了兩種不同可見波長的光學(xué)偏振的完全調(diào)制。這種創(chuàng)新方法為創(chuàng)建可重構(gòu)設(shè)備和復(fù)雜的光子電路開辟了新的途徑，標(biāo)志著集成光子學(xué)的重大飛躍。

將飛秒激光寫入與液晶技術(shù)相結(jié)合

飛秒激光直接寫入（ Femtosecond laser direct writing, FLDW）是一種允許以完全三維方式在玻璃芯片內(nèi)制造波導(dǎo)的技術(shù)。這種方法使光線能夠沿著芯片內(nèi)的特定路徑進行引導(dǎo)，從而有助于將各種光學(xué)元件集成到單個緊湊型器件中。盡管它有許多優(yōu)勢，但FLDW受到一個關(guān)鍵限制的阻礙：一旦寫定了結(jié)構(gòu)，如果不完全重寫光學(xué)電路，就無法對其進行修改。這種不靈活性一直是該技術(shù)更廣泛應(yīng)用的重大障礙，特別是在需要重新配置的領(lǐng)域。

研究團隊的突破在于他們對這個問題的創(chuàng)新解決方案。通過在波導(dǎo)中嵌入一層液晶，使得對光的極化達到了前所未有的控制水平，通過外部施加的電場進行控制。這種方法利用了液晶的雙折射特性——這些材料可以改變光的偏振方向。研究人員在波導(dǎo)中新穎地使用液晶，可以動態(tài)調(diào)整光的特性，克服了之前FLDW技術(shù)的重構(gòu)性限制。

技術(shù)創(chuàng)新和實驗成功

這項研究的技術(shù)執(zhí)行涉及使用振幅薩摩激光（Amplitude Satsuma laser）將波導(dǎo)刻在熔融的二氧化硅玻璃中，隨后在這些導(dǎo)軌中嵌入液晶層。當(dāng)電壓施加到液晶上時，其分子會旋轉(zhuǎn)，在通過波導(dǎo)傳輸時改變光的偏振方向。這種電光調(diào)制是一項重大成就，展示了在基于芯片結(jié)構(gòu)中精確控制光信號的潛力。

通過實驗展示了這種方法的成功，這些實驗展示了在兩個不同的可見波長下完全調(diào)制光學(xué)偏振。研究人員發(fā)現(xiàn)，將液晶與波導(dǎo)相結(jié)合不會改變液晶的調(diào)制特性，從而保留了它們響應(yīng)應(yīng)用電場改變光偏振的獨特能力。

優(yōu)勢和應(yīng)用

與現(xiàn)有技術(shù)相比，這項研究的混合方法提供了一些優(yōu)勢。其一，它允許更低的功耗，因為對偏振的直接控制比加熱波導(dǎo)調(diào)制所需的能量更少。此外，這種方法允許對大量波導(dǎo)中的單個波導(dǎo)進行獨立尋址控制，從而減少相鄰波導(dǎo)之間的串?dāng)_。這些好處使該技術(shù)對數(shù)據(jù)中心和其他需要處理大量信息的應(yīng)用程序特別有吸引力。

這項研究的影響是巨大的，有望徹底改變集成光子設(shè)備的設(shè)計和利用方式。飛秒寫波導(dǎo)的獨特3D性質(zhì)，加上液晶的可調(diào)性，可以使得緊湊型3D光子集成設(shè)備的開發(fā)成為可能。由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，這種設(shè)備以前是不可能的。潛在的應(yīng)用包括密集的光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和空間光調(diào)制器，每個像素都可以通過波導(dǎo)單獨尋址，為光學(xué)信號處理提供前所未有的控制和靈活性。

集成光子學(xué)的未來

雖然研究人員強調(diào)他們的研究只是概念的證明，但這項技術(shù)的潛在應(yīng)用是廣泛而多樣的。從增強數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理能力到實現(xiàn)密集光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實驗實現(xiàn)，飛秒激光寫入與液晶技術(shù)的集成為集成光子學(xué)領(lǐng)域打開了新的大門。研究團隊已經(jīng)在努力實現(xiàn)對每個波導(dǎo)的獨立控制，這一步驟將進一步提高該技術(shù)的適用性和多功能性。

文章來源：高智創(chuàng)新

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