Light Sci Appl: Фотонный фонарь, напечатанный в 3D, открывает новые возможности

Оптические волны, распространяющиеся по воздуху или многомодовому волокну, могут быть сконструированы или разложены с использованием ортогональных пространственных мод, что находит широкое применение в визуализации, связи и направленной энергии.

Однако системы, выполняющие эти манипуляции с волновым фронтом, громоздки и велики, что ограничивает их применение высокотехнологичными приложениями. Разработка свободно стоящего микромасштабного фотонного фонаря с пространственным режимом (де-)мультиплексора с использованием 3D-нанопечати, как показало недавнее исследование, знаменует собой значительный прогресс в фотонных технологиях. Этот пространственный мультиплексор, характеризующийся компактностью, минимальной площадью и возможностью прямой печати на фотонных схемах, оптических волокнах и оптоэлектронных элементах, таких как лазеры и фотодетекторы, открывает новые возможности для системной интеграции и применения технологии в будущих высокопроизводительных системах связи и сложных модальностях визуализации.

Новое исследование аспиранта Йоава Дана под руководством профессора Дана Марома и его команды в Институте прикладной физики Еврейского университета в Иерусалиме в сотрудничестве с учеными из Nokia Bell Labs привело к разработке и демонстрации свободно стоящего микромасштабного фотонного фонаря Spatial Mode (De-)Multiplexer. Миниатюрный фотонный фонарь был изготовлен методом 3D-нанопечати с использованием прямой лазерной записи, нанесенной непосредственно на наконечник оптического волокна.

Устройства фотонных фонарей преобразуют оптические волны, содержащие суперпозицию мод или искаженные волновые фронты, в массив разделенных одномодовых оптических сигналов. Технология является многообещающим претендентом на создание мультиплексирования с пространственным разделением каналов (SDM) в будущих оптических сетях связи высокой пропускной способности, а также в визуализации и других приложениях, требующих пространственного манипулирования оптическими волнами.

Используя возможности 3D-нанопечати и применяя контрастные волноводы с высокой индексом, исследователи разработали компактное и универсальное устройство, которое может быть напечатано практически на любой твердой платформе с высокой точностью и достоверностью, что позволяет легко интегрировать его в различные технологические контексты. Устройство размером ~100 микрометров выгодно отличается от традиционных фотонных фонарей, основанных на слабонаправленных волноводах длиной миллиметры-сантиметры, что делает интеграцию в микромасштабные фотонные системы весьма проблематичной.

Разработка этого свободно стоящего микромасштабного фотонного фонаря с пространственным режимом (де-)мультиплексора представляет собой значительный прогресс в нашей способности обеспечить и внедрить пространственное мультиплексирование для различных оптических систем и приложений, — сказал профессор Дэн Маром.

Этот прорыв делает технологию мультиплексирования с пространственным разделением гораздо более доступной и поддающейся интеграции, открывая новые возможности для оптической связи и приложений визуализации.

Исследователи представили дизайн устройства с использованием генетических алгоритмов, изготовление на наконечнике волокна и характеристики шестимодового смешивающего фотонного фонаря длиной 375 мкм, способного преобразовывать шесть одномодовых входов в один шестимодовый волновод. Несмотря на компактные размеры, устройство демонстрирует низкие вносимые потери (-2,6 дБ), низкую чувствительность к длине волны и низкие поляризационные и модозависимые потери (-0,2 дБ и -4,4 дБ соответственно).

04.06.2024