Neue 3D-gedruckte photonische Laterne im Mikromaßstab eröffnet Möglichkeiten für räumliches Modenmultiplexing

Optische Wellen, die sich in Luft oder Multimode-Fasern ausbreiten, können mithilfe orthogonaler räumlicher Moden strukturiert oder zerlegt werden, mit umfangreichen Anwendungen in der Bildgebung, Kommunikation und gerichteten Energie. Doch die Systeme, die diese Wellenfrontmanipulationen durchführen, sind sperrig und sperrig, was ihren Einsatz auf High-End-Anwendungen beschränkt.

Die Entwicklung eines autarken räumlichen Modus-(De)Multiplexers für photonische Laternen im Mikromaßstab unter Verwendung von 3D-Nanodruck, wie in einer aktuellen Studie enthüllt, markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Photonik-Technologie. Dieser räumliche Multiplexer zeichnet sich durch seine Kompaktheit, minimale Stellfläche und die Fähigkeit aus, photonische Schaltkreise, optische Fasern und optoelektronische Elemente wie Laser und Fotodetektoren zu drucken und direkt darauf zu kleben, und eröffnet neue Möglichkeiten im Hinblick auf Integrationssysteme und Technologieeinführung in der Zukunft. -Kommunikationssysteme mit hoher Kapazität und anspruchsvolle Bildgebungsmodalitäten.

Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Licht: Wissenschaft und Anwendungen.

Das Studium der Promotion. Der studentische Kandidat Yoav Dana, betreut von Professor Dan Marom und seinem Team am Institut für Angewandte Physik der Hebräischen Universität Jerusalem, führte in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von Nokia Bell Labs zur Entwicklung und Demonstration einer „autonomen photonischen Laterne im Mikromaßstab“. Raummodus. (De-)Multiplexer. Die kleine photonische Laterne wurde durch eine 3D-Nanodrucktechnik unter Verwendung direkter Laserschrift hergestellt und direkt auf eine optische Faserspitze aufgetragen.

Photonische Laternengeräte wandeln zwischen optischen Wellen, die Überlagerungen von Moden oder verzerrten Wellenfronten enthalten, und einer Reihe separater optischer Singlemode-Signale um. Die Technologie stellt sich als vielversprechender Kandidat für die Ermöglichung von räumlichem Multiplexing (SDM) in künftigen optischen Kommunikationsnetzen mit hoher Kapazität sowie in der Bildgebung und anderen Anwendungen dar, die eine räumliche Manipulation optischer Wellen erfordern.

Durch die Nutzung der Möglichkeiten des 3D-Nanodrucks und den Einsatz kontrastreicher Wellenleiter haben Forscher ein kompaktes und vielseitiges Gerät entwickelt, das mit hoher Präzision und hoher Wiedergabetreue auf nahezu jede feste Plattform gedruckt werden kann und so eine nahtlose Integration in eine Vielzahl von Technologien ermöglicht. Kontexte. Das etwa 100 Mikrometer große Gerät steht in krassem Gegensatz zu herkömmlichen photonischen Laternen, die auf schwach leitenden Wellenleitern mit Längen von Millimetern bis Zentimetern basieren, was die Integration in photonische Systeme im Mikromaßstab sehr schwierig macht.

„Die Entwicklung dieses autonomen räumlichen Modus-(De-)Multiplexers für photonische Laternen im Mikromaßstab stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserer Fähigkeit dar, räumliches Multiplexen für verschiedene optische Systeme und Anwendungen zu ermöglichen und einzuführen“, sagte Professor Dan Marom. „Dieser Durchbruch macht die räumliche Multiplexing-Technologie viel zugänglicher und integrierbarer und eröffnet neue Möglichkeiten für optische Kommunikations- und Bildgebungsanwendungen, um nur einige zu nennen.“

Die Forscher präsentierten das Gerätedesign unter Verwendung genetischer Algorithmen, die Herstellung an einer Faserspitze und die Charakterisierung einer sechsmodenmischenden photonischen Laterne mit einer Länge von 375 µm, die in der Lage ist, zwischen sechs Singlemode-Eingängen in einen einzigen Sechsmoden-Wellenleiter umzuwandeln. Trotz seiner kompakten Größe zeichnet sich das Gerät durch eine geringe Einfügungsdämpfung (-2,6 dB), eine geringe Wellenlängenempfindlichkeit sowie geringe polarisations- und modenabhängige Verluste (-0,2 dB bzw. -4,4 dB) aus.