חוקרים הטמיעו שכבת גביש נוזלי במוליך גל שנוצר בכתיבה ישירה בלייזר (בתמונה). ניתן להשתמש במכשיר ההיברידי שנוצר כדי לשנות את הקיטוב של האור העובר דרך מוליך הגל. קרדיט: GRK 2101, אוניברסיטת פרידריך שילר ג'נה
ההתקדמות עשויה לאפשר פיתוח מכשירים משולבים תלת מימד פוטוניים קומפקטיים המסוגלים לעבד כמויות גדולות של נתונים ועוד.
חוקרים פיתחו דרך חדשה לשלוט ולתפעל אותות אופטיים על ידי הטמעת שכבת גביש נוזלי לתוך מובילי גל שנוצרו בכתיבה ישירה בלייזר. המכשירים החדשים מאפשרים שליטה אלקטרו-אופטית בקיטוב, מה שעלול לפתוח אפשרויות חדשות עבור מכשירים מבוססי שבבים ומעגלים פוטוניים מורכבים המבוססים על מוליכי גל שנכתבו בפמטו-שנייה.
"כתיבת לייזר של מוליכי גל ומודולציה אלקטרו-אופטית באמצעות גבישים נוזליים לא שולבה בצורה זו בעבר", אמר אלסנדרו אלברוצ'י מאוניברסיטת פרידריך שילר ג'נה בגרמניה. "התקווה היא שניתן להשתמש בטכנולוגיה הזו כדי ליצור סוג חדש של התקנים פוטוניים משולבים שיכולים לעבד כמויות גדולות של מידע עבור מרכזי נתונים ויישומים עתירי נתונים אחרים."
ביומן אופטי חומרים אקספרס, החוקרים מתארים כיצד הם יצרו א פלטת גל מתכווננת בתוך מוליך גל סיליקה מאוחה. כאשר מופעל מתח על הגביש הנוזלי, המולקולות שלו מסתובבות, מה שמשנה את הקיטוב של האור המועבר דרך מוליך הגל. בניסויים, החוקרים הדגימו אפנון מלא של קיטוב אופטי בשני אורכי גל שונים.
"העבודה שלנו סוללת את הדרך לשילוב סוגים חדשים של פונקציות אופטיות לתוך כל הנפח של שבב זכוכית בודד, ומאפשרת התקנים משולבים תלת מימד פוטוניים קומפקטיים שלא היו אפשריים בעבר", אמר אלברוצ'י. "הטבע התלת-ממדי הייחודי של מוליכי גל שנכתבו בפמטו-שנייה יכול לשמש ליצירת מאפננים אור מרחביים חדשים שבהם כל פיקסל מטופל בנפרד על ידי מוליך גל אחד. הטכנולוגיה יכולה למצוא יישום גם במימוש ניסיוני של רשתות עצביות אופטיות צפופות".
חיבור בין שתי טכנולוגיות מפתח
ניתן להשתמש בלייזרי Femtosecond כדי לכתוב מוליכי גל עמוק בתוך חומר – בניגוד רק על פני השטח כמו שיטות אחרות – מה שהופך אותה לגישה מבטיחה למקסם את מספר מוליכי הגל בשבב בודד. גישה זו כוללת מיקוד קרן לייזר אינטנסיבית בתוך חומר שקוף. כאשר העוצמה האופטית גבוהה מספיק, האלומה משנה את החומר תחת תאורה, ובכך פועלת כמו מעין עט עם דיוק מיקרומטר.
"החסרון החשוב ביותר בשימוש בטכנולוגיית כתיבת לייזר פמט שנייה ליצירת מוליכי גל הוא הקושי בוויסות האות האופטי במוליכי גל אלו", אמר אלברוצ'י. "מכיוון שרשת תקשורת שלמה זקוקה למכשירים המסוגלים לשלוט באות המשודר, העבודה שלנו בוחנת פתרונות חדשים כדי להתגבר על מגבלה זו."
החוקרים אלסנדרו אלברוצ'י וקים לאמרס מתוארים כשהם עובדים במעבדה. ההתקדמות שלהם סוללת את הדרך לשילוב סוגים חדשים של פונקציות אופטיות בנפח השלם של שבב זכוכית בודד, מה שמאפשר התקנים קומפקטיים משולבים פוטוניים תלת מימדיים. קרדיט: GRK2101, אוניברסיטת פרידריך שילר ג'נה
במאמר החדש, החוקרים שילבו שתי טכנולוגיות פוטוניות בסיסיות על ידי הטמעת שכבה של גביש נוזלי בתוך מוליך גל. כאשר הקרן המתפשטת בתוך מוליך הגל נכנסת לשכבת הגביש הנוזלי היא משנה את שלב האור ואת הקיטוב כאשר מופעל שדה חשמלי. לאחר מכן, הקרן המשתנה עוברת דרך הקטע השני של מוליך הגל, כך שקרן בעלת מאפיינים מאופננים מתפשטת.
"ההכלאה מאפשרת גישה ליתרונות של שתי הטכנולוגיות באותו מכשיר: ריכוז גדול של אור בשל האפקט המנחה, ורמה גדולה של כוונון הקשורה לגבישים נוזליים", אמר אלברוצ'י. "מחקר זה מוביל את הדרך לשימוש בתכונות גביש נוזלי כמאפנן במכשירים פוטוניים שיש להם מוליכי גל משובצים בכל נפחם."
יתרונות הגישה ההיברידית
אף על פי שאפנון אופטי במובילי גל שנכתבו בלייזר בפמט-שנייה הושגה בעבר על ידי חימום מקומי של מוליך הגל, השימוש בגבישים נוזליים בעבודה החדשה מאפשר שליטה ישירה על הקיטוב. "לגישה שלנו יש כמה יתרונות פוטנציאליים: צריכת חשמל נמוכה יותר, אפשרות לטפל במוליכי גל בודדים באופן עצמאי, ופחות דיבור בין מוליכי גל סמוכים", אמר אלברוצ'י.
כדי לבדוק את המכשירים, החוקרים הזריקו אור לייזר במוליך הגל ולאחר מכן שינו את המתח המופעל על שכבת הגביש הנוזלי, אשר אפנן את האור. הקיטוב הנמדד במוצא השתנה כפי שחזה התיאוריה. הם גם גילו ששילוב הגביש הנוזלי עם מובילי הגל הותיר את תכונות האפנון של הגבישים הנוזליים ללא שינוי.
החוקרים מציינים שהמחקר הזה הוא רק הוכחה לקונספט, ולכן צריך לעשות עוד עבודה לפני שהטכנולוגיה תהיה מוכנה ליישומים מעשיים. לדוגמה, המכשיר הנוכחי מווסת כל מוליך גל באותו אופן, כך שהם פועלים להשיג שליטה עצמאית על כל מוליך גל.
