Oksfordo universiteto mokslininkai panaudojo femtosekundinį lazerį, norėdami įrašyti šimtus safyro bangolaidžių, o tai rodo, kad safyro fotoniniai lustai žada realų įgyvendinamumą.
1 paveikslas: 4 cm ilgio safyro integruotas fotoninis lustas.
Fotoniniams integriniams grandynams (PIC) reikia kompaktiškai integruoti fotoninius įrenginius ant kūno pagrindo medžiagos, kuri šiuo metu daugiausia naudojama kaip stiklas. Stiklas turi savų apribojimų, todėl Oksfordo universiteto (JK) mokslininkai tiria safyro, kaip alternatyvios stiklo substrato medžiagos, naudojimą.
Aukštos kokybės integruotų fotonikos grandinių kūrimas safyre gali atverti daug naujų galimybių tokioms programoms kaip ryšiai, jutimas ar kvantinis skaičiavimas.
„Pagrindiniai bet kurios kompaktiškos fotoninės grandinės blokai yra bangolaidžiai, – sako Oksfordo universiteto Inžinerijos mokslų katedros mokslininkas Mohanas Wangas, – ir mes galime naudoti lazerinę gamybą, kad „rašytume“ safyru pagal suprojektuotą modelį. " bangolaidžių matricas. Kai įleidžiame šviesą į bangolaidžių matricas, šviesa sklinda numatytu keliu, kad galėtume įrašyti šimtus bangolaidžių safyru, kad atliktume labai sudėtingas funkcijas."
Femtosekundinis lazeris rašo safyro bangolaidžius
Femtosekundiniai lazeriai gali įrašyti šiuos bangolaidžius į didelius medžiagos gabalus, nes femtosekundiniai lazeriai yra ypač intensyvūs ir gali būti sufokusuoti iki mikrometro skalės. "Tai veda prie netiesinės jonizacijos medžiagoje židinio tūryje, dėl ko pasikeičia lūžio rodiklis." Wang sakė: „Santykinis judesys tarp femtosekundinio lazerio ir safyro birių medžiagų, sumontuotos ant trimatės nanotikslumo platformos, pagal suplanuotą trajektoriją, galima užrašyti integruotus fotonikos kelius, kuriuos sukūrėme ant safyro pagrindo. “
Bangolaidžius sudaro medžiagos, turinčios didelį lūžio rodiklį, palyginti su juos supančiais regionais, o dažniausiai integruotoje fotonikoje naudojama medžiaga yra stiklas.
„Stiklo veikimas femtosekundiniu lazeriu padidina jo lūžio rodiklį, todėl bangolaidžio rašymas skenuojant lazerį išilgai mėginio vidinės pusės yra paprastas. Wang sako: "Tačiau safyro kristaluose lazeris sumažina lūžio rodiklį. Taigi užuot rašę bangolaidį ten, kur norime, rašome jo išorėje, kad sumažintume lūžio rodiklį aplinkinėje srityje. Tai vadinama įgilintu apvalkalu. bangolaidis, ir mes jį naudojome savo ankstesniame darbe su safyro pluoštais.
Šį kartą jie pagerino procesą ir sumažino optinius bangolaidžio nuostolius, palyginti su ankstesniu grupės darbu su safyru. Tai leidžia jiems dabar rašyti 4 cm ilgio bangolaidžius, o tai taip pat reiškia, kad jie gali rašyti sudėtingesnes struktūras, pvz., 1:2 optinius skirstytuvus (žr. 1 pav.).
Komanda optimizavo savo bangolaidžio blokus ir padarė kelias jų kopijas. "Procesas buvo labai gerai kontroliuojamas ir visi rezultatai buvo vienodi. Tai leido mums suprasti, kad integruotos safyro fotoninės lustos turi realią galimybę."
Lazerinio rašymo proceso kalibravimas
Tačiau didžiulis iššūkis procese buvo rašymo lazeriu proceso kalibravimas.
Wang paaiškina, kad lūžio rodiklio pokyčiai yra labai svarbūs kuriant optimizuotas struktūras, o tai ypač pasakytina apie kristalus, nes jie turi aukštą lūžio rodiklį, o daugelis lūžio rodiklių matavimų yra destruktyvūs. Tačiau rašant fotonines grandines reikia labai tiksliai valdyti lazeriu modifikuotą profilis, todėl taip pat pageidautina greitai apibūdinti.
Norėdami tai padaryti greitai, mokslininkai parašė linijinį masyvo dizainą, kad pateiktų unikalų išvesties modelį. Šis modelis yra tiesiogiai susijęs su lūžio rodiklio pokyčiais ir gali būti naudojamas kaip pirštų atspaudas, sako Wang: "Susiedami šiuos modelius su modeliavimu, galime nustatyti eksponentinį moduliavimą. Tai leidžia greitai ir patikimai kalibruoti prieš kiekvieną gaminimą."
Pagrindinis projekto tyrėjas Julianas Fellsas teigia, kad kadangi safyras yra labai kieta ir elastinga medžiaga, „jis gali atlaikyti itin aukštą iki 2,{2}} laipsnių temperatūrą ir didelę spinduliuotę. Dėl šių savybių jis tinkamas. ekstremalioms aplinkoms, pvz., aviacijai, kosmosui ir energijos gamybai. Be to, safyras turi labai platų spektrinį langą vidutinio infraraudonųjų spindulių srityje – langą, kurį galima naudoti medicinos reikmėms. Padidinus fotoninių grandinių sudėtingumą, didesnio našumo jutikliai ir tikimasi įrenginių“.
Komanda jau pademonstravo pagrindinius fotoninio lusto blokus, o dabar jie aktyviai dirba siekdami sumažinti nuostolius ir dar labiau išplėsti grandinių sudėtingumą.
