フェムト秒レーザー描画と液晶変調により偏光電気光学制御が実現される。

偏光電気光学制御はフェムト秒レーザー描画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描画と液晶を組み合わせることで、光信号制御の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、ビームの偏光状態の電気光学制御が実現されます。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のデバイスや複雑なフォトニック回路に全く新しい可能性を切り開きます。研究チームは、溶融シリコン導波路で波長可変波長板を作製した方法を詳しく説明しました。液晶に電圧を印加すると、液晶分子が回転し、導波路を透過する光の偏光状態が変化します。実験では、研究者らは2つの異なる可視波長で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ることで、3Dフォトニック集積デバイスにおける革新的な進歩を実現する。
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精密に形成できるため、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、高強度のレーザー光を透明な材料内部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、マイクロメートル単位の精度でペンで描くように、照射された箇所で材料の特性が変化します。
研究チームは、2つの基本的な光子技術を組み合わせて、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に、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後半部分を伝搬し続け、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、導波路効果によってもたらされる高密度の光集中と、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。この研究は、デバイス全体の体積に導波路を埋め込むために液晶の特性を利用する新しい方法を切り開くものである。変調器のためにフォトニックデバイス.

図1 研究者らは、直接レーザー描画によって作製され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を用いて導波路を通過する光の偏光を変化させることができた。

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の書き込みは、これまで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、本研究では液晶を用いて偏光を直接制御しました。「私たちの手法には、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」と研究者らは述べています。デバイスの有効性をテストするために、研究チームは導波路にレーザーを注入し、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。研究者らはまた、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を発見しました。研究者らは、この研究は概念実証に過ぎないため、この技術が実際に使用され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方法で変調するため、研究チームは個々の導波路を独立して制御できるように取り組んでいます。