在一項將飛秒激光(femtosecond laser)寫入精度與液晶技術巧妙結合的開創(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·席勒大學耶拿分校完成，并在《光學材料快報》雜志上進行了詳細說明：在熔融二氧化硅波導中引入了可調諧波盤，展示了兩種不同可見波長的光學偏振的完全調制。這種創(chuàng)新方法為創(chuàng)建可重構設備和復雜的光子電路開辟了新的途徑，標志著集成光子學的重大飛躍。

將飛秒激光寫入與液晶技術相結合

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制造波導的技術。這種方法使光線能夠沿著芯片內的特定路徑進行引導，從而有助于將各種光學元件集成到單個緊湊型器件中。盡管它有許多優(yōu)勢，但FLDW受到一個關鍵限制的阻礙：一旦寫定了結構，如果不完全重寫光學電路，就無法對其進行修改。這種不靈活性一直是該技術更廣泛應用的重大障礙，特別是在需要重新配置的領域。

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。研究人員在波導中新穎地使用液晶，可以動態(tài)調整光的特性，克服了之前FLDW技術的重構性限制。

技術創(chuàng)新和實驗成功

這項研究的技術執(zhí)行涉及使用振幅薩摩激光（Amplitude Satsuma laser）將波導刻在熔融的二氧化硅玻璃中，隨后在這些導軌中嵌入液晶層。當電壓施加到液晶上時，其分子會旋轉，在通過波導傳輸時改變光的偏振方向。這種電光調制是一項重大成就，展示了在基于芯片結構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制光學偏振。研究人員發(fā)現，將液晶與波導相結合不會改變液晶的調制特性，從而保留了它們響應應用電場改變光偏振的獨特能力。

優(yōu)勢和應用

與現有技術相比，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調制所需的能量更少。此外，這種方法允許對大量波導中的單個波導進行獨立尋址控制，從而減少相鄰波導之間的串擾。這些好處使該技術對數據中心和其他需要處理大量信息的應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備的設計和利用方式。飛秒寫波導的獨特3D性質，加上液晶的可調性，可以使得緊湊型3D光子集成設備的開發(fā)成為可能。由于現有技術的局限性，這種設備以前是不可能的。潛在的應用包括密集的光學神經網絡和空間光調制器，每個像素都可以通過波導單獨尋址，為光學信號處理提供前所未有的控制和靈活性。

集成光子學的未來

雖然研究人員強調他們的研究只是概念的證明，但這項技術的潛在應用是廣泛而多樣的。從增強數據中心的數據處理能力到實現密集光學神經網絡的實驗實現，飛秒激光寫入與液晶技術的集成為集成光子學領域打開了新的大門。研究團隊已經在努力實現對每個波導的獨立控制，這一步驟將進一步提高該技術的適用性和多功能性。

文章來源：高智創(chuàng)新

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