Los servicios emergentes, como los servicios de interconexión en la nube de centros de datos, servicios de video de ultra ancho de banda, y los servicios móviles 5G estimulan el rápido desarrollo de circuitos integrados fotónicos (PIC), que puede satisfacer la creciente demanda de sistemas de comunicación para Internet.

Sin embargo, Hoy en día, los PIC se perciben en gran medida como estructuras planas, capaz de guiar la luz en un solo plano. Esta planicidad surge debido a los procesos de fabricación tradicionales de arriba hacia abajo.

La litografía multifotónica es una tecnología de impresión 3D nueva y prometedora que permite fabricar objetos 3D con mayor facilidad. en comparación con la fabricación de objetos 3-D en los métodos de fabricación de tipo sala blanca convencionales utilizados en electrónica y optoelectrónica.

Con esta técnica, ya no existe una restricción de la exposición de arriba hacia abajo para la realización de PIC, ya que desbloquea las funciones utilizadas por la tercera dimensión. Aprovechando conceptos de fabricación aditiva, La litografía de fotones múltiples 3-D implica el uso de una fuente de luz de femtosegundos para iniciar la polimerización de dos fotones cuando se enfoca en una ubicación específica en el material. Esta técnica se utilizó para realizar estructuras fotónicas tridimensionales de alta resolución.

Investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) han demostrado guías de ondas tridimensionales de alta resolución que trascienden las restricciones del confinamiento de la luz en un solo plano. En el artículo publicado en Materiales ópticos avanzados, Dr. Gao Hongwei, La profesora asociada Dawn Tan y sus colegas del Grupo de Sistemas y Dispositivos Fotónicos demostraron guías de ondas tridimensionales de alta resolución que guían la luz en una configuración en espiral y puente aéreo (consulte las imágenes SEM a continuación).

Junto con estos nuevos dispositivos, También demostraron acopladores de guía de ondas 3D de muy baja pérdida con pérdidas de acoplamiento de guía de ondas de fibra de 1,6 dB y un ancho de banda de 3 dB superior a 60 nm. Esto contrasta con los estándares actuales de la industria que requieren un embalaje muy laborioso para pérdidas de alrededor de 1 dB. El equipo de investigación demostró que sus pérdidas son bajas sin requerir ningún procesamiento posterior o embalaje posterior a la fabricación. La fabricación de alta resolución también resultó en resonadores de anillo con tamaños de características submicrónicas.

"Los dispositivos fotónicos fabricados son un avance innovador en el dominio de los circuitos integrados fotónicos. Es importante destacar que, También pudimos demostrar una transmisión de datos NRZ de 30 Gb / s y PAM4 de 56 Gb / s sin errores a través de estas guías de onda. Esto es importante porque estos formatos y velocidades de prueba de alta velocidad están alineados con los que se utilizan en los productos comerciales de transceptores de detección directa en la actualidad. ", explicó el investigador principal, profesor asociado Tan, que dirige el grupo de sistemas y dispositivos fotónicos en SUTD.

En efecto, el equipo logró derivar solo pequeñas penalizaciones de potencia de 0,7 dB para NRZ (tasa de error de bits [BER] =10 ^-12 ) y 1,5 dB para PAM4 (BER =10 ^-6 ) de los dispositivos fotónicos. Estos resultados demuestran con éxito alta velocidad, Transmisión óptica sin errores a través de las guías de onda fabricadas en 3-D. Esto también muestra la idoneidad de los dispositivos como guías de ondas e interconexiones ópticas de baja pérdida.

"En tono rimbombante, la calidad 3-D de estas guías de ondas nos permite superar las limitaciones de las estructuras planas tradicionales. De este modo, es posible lograr PIC de densidad mucho más alta. La alta resolución, los tamaños de características submicrónicas también son prometedores, especialmente para lograr funciones avanzadas como el filtrado espectral, estructuras de resonador y metasuperficies, "dijo el Dr. Gao, primer autor del artículo e investigador postdoctoral del SUTD.

"Este trabajo demuestra el potencial de la fabricación aditiva en la fabricación de dispositivos fotónicos avanzados con diseños 3-D superiores en alta resolución, ", agregó el coautor, profesor asociado Low Hong Yee de SUTD.

En el futuro, la capacidad de realizar estructuras fotónicas tridimensionales de alta resolución puede crear aún más avances tanto en la forma como en la función de la fotónica, incluido el procesamiento avanzado de señales ópticas, técnicas de imagen y sistemas espectroscópicos.