Cara Baru Untuk Mengontrol dan Memanipulasi Sinyal Optik Dikembangkan

Kemajuan ini memungkinkan pengembangan perangkat fotonik 3D yang ringkas dan terintegrasi yang mampu memproses data dalam jumlah besar dan banyak lagi.

Para peneliti telah mengembangkan cara baru untuk mengontrol dan memanipulasi sinyal optik dengan menanamkan lapisan kristal cair ke dalam pandu gelombang yang dibuat dengan penulisan laser langsung. Perangkat baru ini memungkinkan kontrol polarisasi elektro-optik, yang dapat membuka kemungkinan baru untuk perangkat berbasis chip dan sirkuit fotonik kompleks berdasarkan pandu gelombang tertulis femtosecond.

“Penulisan laser pada pandu gelombang dan modulasi elektro-optik melalui kristal cair belum pernah digabungkan dengan cara ini sebelumnya,” kata Alessandro Alberucci dari Universitas Friedrich Schiller Jena di Jerman. “Harapannya adalah teknologi ini dapat digunakan untuk menciptakan perangkat fotonik terintegrasi kelas baru yang dapat memproses informasi dalam jumlah besar untuk pusat data dan aplikasi intensif data lainnya.”

Di jurnal Bahan Optik Ekspres, para peneliti menjelaskan bagaimana mereka menciptakan a pelat gelombang merdu di dalam pandu gelombang silika leburan. Ketika tegangan diterapkan pada kristal cair, molekulnya berputar, yang mengubah polarisasi cahaya yang ditransmisikan melalui pandu gelombang. Dalam percobaannya, para peneliti mendemonstrasikan modulasi penuh polarisasi optik pada dua panjang gelombang berbeda.

“Pekerjaan kami membuka jalan untuk mengintegrasikan fungsi optik jenis baru ke dalam seluruh volume chip kaca tunggal, memungkinkan perangkat terintegrasi fotonik 3D kompak yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan,” kata Alberucci. “Properti 3D unik dari pandu gelombang femtosecond dapat digunakan untuk membuat modulator cahaya spasial baru di mana setiap piksel ditangani secara terpisah oleh satu pandu gelombang. Teknologi ini juga dapat diterapkan dalam realisasi eksperimental jaringan saraf optik padat.”

Menyatukan dua teknologi utama

Laser femtosecond dapat digunakan untuk menulis pandu gelombang jauh di dalam suatu material — bukan hanya di permukaan seperti metode lainnya — menjadikannya pendekatan yang menjanjikan untuk memaksimalkan jumlah pandu gelombang pada satu chip. Pendekatan ini melibatkan pemfokusan sinar laser yang intens di dalam bahan transparan. Ketika intensitas optik cukup tinggi, sinar tersebut memodifikasi material di bawah pencahayaan, sehingga bertindak seperti semacam pena dengan presisi mikrometer.

“Kelemahan terpenting dalam penggunaan teknologi penulisan laser femtosecond untuk membuat pandu gelombang adalah kesulitan dalam memodulasi sinyal optik dalam pandu gelombang,” kata Alberucci. “Karena jaringan komunikasi yang lengkap memerlukan perangkat yang mampu mengendalikan sinyal yang ditransmisikan, pekerjaan kami mencari solusi baru untuk mengatasi keterbatasan ini.”

Dalam makalah baru mereka, para peneliti menggabungkan dua teknologi fotonik mendasar dengan menyematkan lapisan kristal cair di dalam pandu gelombang. Ketika cahaya yang merambat di dalam pandu gelombang memasuki lapisan kristal cair, ia mengubah fase cahaya dan polarisasi ketika medan listrik diterapkan. Berkas yang dimodifikasi kemudian berjalan melalui bagian kedua pandu gelombang, sehingga berkas dengan sifat termodulasi merambat.

“Hibridisasi memungkinkan akses ke keunggulan kedua teknologi dalam satu perangkat: konsentrasi cahaya yang besar karena efek pemandu, dan tingkat kemampuan penyesuaian yang tinggi terkait dengan kristal cair,” kata Alberucci. “Penelitian ini mengarah pada penggunaan sifat kristal cair sebagai modulator pada perangkat fotonik yang memiliki pandu gelombang yang tertanam di seluruh volumenya.”

Manfaat pendekatan hybrid

Meskipun modulasi optik dalam pandu gelombang yang ditulis dengan laser femtosecond sebelumnya telah dicapai dengan memanaskan pandu gelombang secara lokal, penggunaan kristal cair dalam karya baru ini memungkinkan kontrol langsung terhadap polarisasi. “Pendekatan kami memiliki beberapa keuntungan potensial: konsumsi daya yang lebih rendah, kemungkinan untuk menangani pandu gelombang tunggal secara mandiri, dan lebih sedikit crosstalk antara pandu gelombang yang berdekatan,” kata Alberucci.

Untuk menguji perangkat tersebut, para peneliti menyuntikkan sinar laser ke dalam pandu gelombang dan kemudian memvariasikan tegangan yang diterapkan pada lapisan kristal cair, yang memodulasi cahaya. Polarisasi keluaran yang diukur bervariasi seperti yang diperkirakan oleh teori. Mereka juga menemukan bahwa mengintegrasikan kristal cair dengan pandu gelombang membuat sifat modulasi kristal cair tidak berubah.

Para peneliti menekankan bahwa penelitian ini hanyalah pembuktian konsep, sehingga masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum teknologi siap untuk diterapkan secara praktis. Misalnya, perangkat masa kini memodulasi setiap pandu gelombang dengan cara yang sama, sehingga perangkat tersebut bekerja untuk mencapai kontrol independen terhadap setiap pandu gelombang.

Referensi: “Kontrol polarisasi elektro-optik dalam pandu gelombang tertulis laser femtosecond menggunakan sel kristal cair tertanam” oleh Stefan Nolte, Alessandro Alberucci, Chandroth P. Jisha, Alexander Szameit dan Kim Lammers, 31 Maret 2024, Bahan Optik Ekspres.
DOI: doi:10.1364/OME.507230