研究人员使用液晶来控制激光写入波导内的偏振

研究人员开发了一种新的方法来控制和操纵光学信号，方法是将液晶层嵌入直接激光写入的波导中。新器件实现了对偏振的电光控制，这可能为基于芯片的器件和基于飞秒写入波导的复杂光子电路开辟新的可能性

德国耶拿弗里德里希·席勒大学的Alessandro Alberucci说：“波导的激光写入和通过液晶的电光调制以前从未以这种方式结合过。”。“希望这项技术可以用于创建一类新的集成光子设备，该设备可以为数据中心和其他数据密集型应用程序处理大量信息。”

在《光学材料快报》杂志上，研究人员描述了他们是如何在熔融二氧化硅波导内创建可调谐波片的。当电压施加到液晶上时，其分子旋转，从而改变通过波导传输的光的偏振。在实验中，研究人员展示了在两种不同的可见光波长下对偏振的完全调制

阿尔伯奇说：“我们的工作为将新型光学功能集成到单个玻璃芯片的整个体积中铺平了道路，实现了以前不可能实现的紧凑型3D光子集成设备。”。“飞秒写入波导的独特3D特性可用于创建新的空间光调制器，其中每个像素由一个波导单独寻址。该技术还可应用于密集光学神经网络的实验实现。”

将两项关键技术结合在一起

飞秒激光器可用于在材料深处写入波导，而不是像其他方法那样仅在表面写入波导，这使其成为最大限度地增加单个芯片上波导数量的一种有前途的方法。这种方法包括将强激光束聚焦在透明材料内部。当光强度足够高时，光束会在照明下改变材料，从而像一种具有微米精度的笔

“使用飞秒激光写入技术创建波导最重要的缺点是难以调制这些波导中的光信号，”Alberucci说。“由于一个完整的通信网络需要能够控制传输信号的设备，我们的工作探索了克服这一限制的新解决方案。”

在这篇新论文中，研究人员通过在波导内嵌入一层液晶，将两种基本的光子技术相结合。当在波导内传播的光束进入液晶层时，当施加电场时，它会改变光的相位和偏振。修改后的光束然后传播通过波导的第二部分，使得具有调制特性的光束正在传播

Alberucci说：“杂交技术可以在同一设备中利用这两种技术的优势：由于引导效应，光的浓度很大，并且与液晶相关的可调谐性很大。”。“这项研究为在光子器件中使用液晶特性作为调制器开辟了道路，光子器件的整个体积中都嵌入了波导。”

混合方法的好处

尽管飞秒激光写入波导中的光学调制以前是通过局部加热波导来实现的，但在新工作中使用液晶可以直接控制偏振。Alburucci说：“我们的方法有几个潜在的优势：更低的功耗，可以独立处理体积中的单个波导，并且相邻波导之间的串扰更小。”

为了测试这些设备，研究人员将激光注入波导，然后改变施加到液晶层的电压，从而调制光。在输出处测得的极化如理论预测的那样变化。他们还发现，将液晶与波导集成，使液晶的调制特性保持不变

研究人员指出，这项研究只是概念验证，因此在该技术准备好用于实际应用之前，还需要做更多的工作。例如，当前设备以相同的方式调制每个波导，因此它们正在努力实现对每个波导的独立控制