En el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), Los investigadores han desarrollado un concepto flexible y eficiente para combinar componentes ópticos en sistemas compactos. Utilizan un proceso de impresión 3-D de alta resolución para producir pequeños elementos de formación de haces directamente en microchips o fibras ópticas y, por eso, Permitir el acoplamiento de bajas pérdidas. Este enfoque reemplaza los complicados procesos de posicionamiento que representan un gran obstáculo para muchas aplicaciones en la actualidad. Los científicos presentan su concepto en Fotónica de la naturaleza .

En vista del tráfico de datos en constante crecimiento, la comunicación con la luz está ganando importancia. Desde hace muchos años, Los centros de computación y las redes de telecomunicaciones mundiales han estado utilizando conexiones ópticas para la transmisión rápida y energéticamente eficiente de grandes cantidades de datos. El desafío actual en fotónica es miniaturizar componentes y ensamblarlos en sistemas integrados compactos y de alto rendimiento adecuados para una variedad de aplicaciones, desde las tecnologías de la información y la comunicación hasta las tecnologías de medición y sensores, a la ingeniería médica.

En este sentido, Los sistemas híbridos son de gran interés. Combinan una serie de componentes ópticos con diferentes funciones. Los sistemas híbridos ofrecen un rendimiento y una libertad de diseño superiores en comparación con los conceptos de integración monolítica, para lo cual todos los componentes se realizan en un chip. Integración híbrida, por ejemplo, permite la optimización y prueba individual de todos los componentes antes de ensamblarlos en un sistema más complejo. Configuración de sistemas ópticos híbridos, sin embargo, requiere métodos complejos y costosos para la alineación altamente precisa de componentes y el acoplamiento de baja pérdida de interfaces ópticas.

Los investigadores de KIT han desarrollado una nueva solución para el acoplamiento de microchips ópticos entre sí o con fibras ópticas. Utilizan pequeños elementos de modelado de haces que se imprimen directamente en las facetas de los componentes ópticos mediante un proceso de impresión 3D de alta precisión. Estos elementos se pueden producir con casi cualquier forma tridimensional y permiten un acoplamiento de baja pérdida de varios componentes ópticos con una alta tolerancia de posicionamiento.

Los investigadores validaron su concepto en varios experimentos. Produjeron elementos de conformación de haces del tamaño de un micrómetro de varios diseños y los probaron en una variedad de facetas de chips y fibras. Según lo informado por los científicos en la revista Fotónica de la naturaleza , alcanzaron eficiencias de acoplamiento de hasta el 88% entre un láser de fosfuro de indio y una fibra óptica. Los experimentos se llevaron a cabo en el Instituto de Tecnología de Microestructuras (IMT), el Instituto de Fotónica y Electrónica Cuántica (IPQ), y el Instituto de Automatización e Informática Aplicada (IAI) de KIT, en cooperación con el Instituto Fraunhofer de Telecomunicaciones (Instituto Heinrich Hertz, HHI) en Berlín e IBM Research en Zurich. Actualmente, Vanguard Photonics está transfiriendo la tecnología a aplicaciones industriales, un derivado de KIT, en el marco del proyecto PRIMA financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación.

Para la producción de elementos tridimensionales, los investigadores utilizaron litografía de fotones múltiples:capa por capa, un láser con una longitud de pulso ultracorta escribe las estructuras dadas en una fotorresistencia que se endurece simultáneamente. De este modo, Se pueden imprimir estructuras tridimensionales tan pequeñas como unos pocos cientos de nanómetros. Aparte de las microlentes, el proceso también es adecuado para producir otros elementos de forma libre, como microespejos, para la adaptación simultánea de la forma del haz y la dirección de propagación. Además, Se pueden fabricar sistemas completos de lentes múltiples para la expansión del haz. Con ellos, Se mejora la tolerancia de posicionamiento durante el montaje de los componentes.

"Nuestro concepto allana el camino para automatizar y, por eso, fabricación rentable de sistemas híbridos ópticos versátiles y de alto rendimiento, "dice el profesor Christian Koos, Jefe de IPQ y miembro del Consejo de Administración de IMT, así como cofundador de Vanguard Photonics. "Por eso, esencialmente contribuye a utilizar el vasto potencial de la óptica integrada en aplicaciones industriales ".