偏光電気光学制御はフェムト秒レーザー書き込みと液晶変調によって実現される

偏光電気光学制御はフェムト秒レーザー書き込みと液晶変調によって実現される

ドイツの研究者らは、フェムト秒レーザー書き込みと液晶を組み合わせることで光信号を制御する新しい方法を開発した。電気光学変調液晶層を導波路に埋め込むことで、ビームの偏光状態を電気光学的に制御することが可能になります。この技術は、フェムト秒レーザー描画技術を用いて作製されるチップベースデバイスや複雑な光子回路に全く新しい可能性をもたらします。研究チームは、溶融シリコン導波路内に可変波長板を作製した方法を詳細に説明しました。液晶に電圧を印加すると、液晶分子が回転し、導波路を伝播する光の偏光状態が変化します。実験では、2つの異なる可視波長において光の偏光を完全に変調することに成功しました（図1）。

2つの主要技術を組み合わせて3D光子集積デバイスの革新的な進歩を実現
フェムト秒レーザーは、材料の表面だけでなく内部深くまで導波路を正確に描画できるため、単一チップ上の導波路数を最大化できる有望な技術です。この技術は、高強度レーザービームを透明材料内に集束させることで機能します。光強度が一定レベルに達すると、ビームは照射点において材料の特性を変化させます。まるでミクロン単位の精度を持つペンのように。
研究チームは、2つの基本的な光子技術を組み合わせ、導波路に液晶層を埋め込んだ。ビームが導波路と液晶を通過する際、電界が印加されるとビームの位相と偏光が変化する。その後、変調されたビームは導波路のもう一方の部分を伝播し続け、変調特性を持つ光信号の伝送を実現する。この2つの技術を組み合わせたハイブリッド技術は、導波路効果による高密度の光集光と液晶の高い調整可能性という両方の利点を同じデバイスで実現することを可能にする。この研究は、液晶の特性を利用してデバイス全体に導波路を埋め込むための新たな方法を開拓する。変調器のために光子デバイス.

図1 研究者らは、直接レーザー書き込みによって作製した導波路に液晶層を埋め込み、得られたハイブリッドデバイスは導波路を通過する光の偏光を変えるために使用できる。

フェムト秒レーザー導波路変調における液晶の応用と利点
それでも光変調フェムト秒レーザーによる導波路書き込みは、これまでは主に導波路に局所的な加熱を加えることで実現されていましたが、この研究では液晶を用いて偏光を直接制御しました。「私たちのアプローチには、消費電力の低減、個々の導波路を独立して処理できること、隣接する導波路間の干渉の低減など、いくつかの潜在的な利点があります」と研究者らは指摘しています。デバイスの有効性をテストするために、研究チームはレーザーを導波路に注入し、液晶層に印加する電圧を変化させることで光を変調しました。出力で観測された偏光の変化は理論的な予測と一致しています。また、研究者らは、液晶を導波路に統合した後も、液晶の変調特性は変化しないことも発見しました。研究者らは、この研究は概念実証に過ぎず、この技術を実際に使用するまでにはまだ多くの作業が必要であることを強調しています。例えば、現在のデバイスはすべての導波路を同じように変調するため、研究チームは個々の導波路を個別に制御できるように取り組んでいます。