登录注册   忘记密码

新型“片内”激光技术,应用于未来光子集成器件

当激光束尝试改变材料时,这些改变可以是暂时的也可以是永久的,可以是微妙的也可以是剧烈的。在任何情况下,一旦发生这样的修改,修改后的材料便开始对激光束作出不同的响应。


激光束和改性材料之间的这种相互作用通常被忽视或者甚至被主动阻止,因为它被视为不理想的人造物。土耳其比尔肯特大学和土耳其中东技术大学的研究团队利用这种相互作用以创造硅内结构,使应用与光子器件成为可能。


研究人员开发了一种主动创造光子与物质之间相互作用条件的三维激光制造技术,即非线性反馈机制。研究人员将硅芯片内器件的结构称为“片内器件”,他们认为这些器件可以在许多应用中使用,如用于近红外光电子学和中红外光子学的硅基光子学组件中。

TIM截图20171110165308.jpg

图为利用新型激光技术在硅内构建的现代建筑示意图

"片内"器件

土耳其比尔肯特大学的助理教授Onur Tokel解释说:“为了将这些元素与“片上”器件区分开来,我们创造了“片内”这个术语。到目前为止,片上光子学已经占据了主要的硅光子领域,这已经非常成功。我们现在设想并展示概念验证的硅光子片内元件来补充这些元素。”

为了实现新的3D激光制造技术,研究团队特别研究了在什么条件下可以允许在材料和激光束相互反应(吸收、散射、衍射、聚焦等)的正反馈回路。


正反馈回路

当一个正反馈回路建立起来之后,这种微妙的改变便开始以指数形式迅速增长,当变化超过某一阈值之后,材料的修改就变成永久性的。因此,研究的核心就在于利用正反馈回路的非线性性质。

Tokel和他的同事们通过一系列极高重复频率的脉冲在材料上作用产生热能,但能量很低。

Tokel说:“实验证明,大量的微小脉冲比单个巨大的脉冲更能有效地、快速地消除热损伤。”


纳秒激光器

Tokel和他的同事们使用已经存在了十多年的纳秒激光器,这是研究人员以新颖的方式修改硅的关键。

首先,研究人员使用纳秒脉冲光纤激光器,中心频率为1.55微米,硅是透明的,这允许光束穿透芯片表面之下,启动基于非线性吸收的某些反馈机制。最终,这会在晶体内部产生大约1μm的球形体积的永久性区域改变。

根据Tokel的说法,原则上,该技术允许在芯片中点对点移动,以便一次一个脉冲地直接写入任何期望的3D“片内”架构。


未来发展

凭借这种新技术,Tokel和他的同事正在构思实现“芯片实验室”系统的新途径。

他补充说:“我们也可以想象混合系统,将片内光子集成到电子和微流体部件当中,从而补充它们。这些可以包含数据传输的波导,衍射光学的全息图以及其他微型器件,以实现先进的生物传感器。”

您的评论:

0

用户评价

  • 暂无评论