Los investigadores han desarrollado una nueva forma de controlar y manipular señales ópticas incorporando una capa de cristal líquido en guías de ondas creadas con escritura láser directa. Los nuevos dispositivos permiten el control electroóptico de la polarización, lo que podría abrir nuevas posibilidades para dispositivos basados en chips y circuitos fotónicos complejos basados en guías de ondas escritas en femtosegundos.
"La escritura láser de guías de ondas y la modulación electroóptica mediante cristales líquidos no se habían combinado de esta manera hasta ahora", afirma Alessandro Alberucci de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, en Alemania. "La esperanza es que esta tecnología pueda usarse para crear una nueva clase de dispositivos fotónicos integrados que puedan procesar grandes cantidades de información para centros de datos y otras aplicaciones con uso intensivo de datos".
En la revista Optical Materials Express , los investigadores describen cómo crearon una placa de ondas sintonizables dentro de una guía de ondas de sílice fundida. Cuando se aplica voltaje al cristal líquido, sus moléculas giran, lo que cambia la polarización de la luz transmitida a través de la guía de ondas. En experimentos, los investigadores demostraron una modulación completa de la polarización óptica en dos longitudes de onda visibles diferentes.
"Nuestro trabajo allana el camino para integrar nuevos tipos de funciones ópticas en todo el volumen de un solo chip de vidrio, permitiendo dispositivos integrados fotónicos 3D compactos que antes no eran posibles", dijo Alberucci. "La naturaleza 3D única de las guías de ondas escritas en femtosegundos podría usarse para crear nuevos moduladores de luz espacial en los que cada píxel sea direccionado por separado por una guía de ondas. La tecnología también podría encontrar aplicación en la realización experimental de redes neuronales ópticas densas".
Los láseres de femtosegundo se pueden utilizar para escribir guías de ondas en lo profundo de un material, en lugar de hacerlo solo en la superficie como otros métodos, lo que lo convierte en un enfoque prometedor para maximizar la cantidad de guías de ondas en un solo chip. Este enfoque implica enfocar un intenso rayo láser dentro de un material transparente. Cuando la intensidad óptica es lo suficientemente alta, el haz modifica el material bajo iluminación, actuando así como una especie de bolígrafo con precisión micrométrica.
"El inconveniente más importante del uso de la tecnología de escritura láser de femtosegundo para crear guías de ondas es la dificultad para modular la señal óptica en estas guías de ondas", afirmó Alberucci. "Dado que una red de comunicación completa necesita dispositivos capaces de controlar la señal transmitida, nuestro trabajo explora nuevas soluciones para superar esta limitación."
En el nuevo artículo, los investigadores combinaron dos tecnologías fotónicas fundamentales incorporando una capa de cristal líquido dentro de una guía de ondas. Cuando el haz que se propaga dentro de la guía de ondas ingresa a la capa de cristal líquido, modifica la fase y la polarización de la luz cuando se aplica un campo eléctrico. Luego, el haz modificado viaja a través de la segunda sección de la guía de ondas de modo que se propaga un haz con propiedades moduladas.
"La hibridación permite acceder a las ventajas de ambas tecnologías en un mismo dispositivo:una gran concentración de luz debido al efecto guía y un alto grado de sintonizabilidad asociada a los cristales líquidos", afirmó Alberucci. "Esta investigación abre el camino hacia el uso de las propiedades del cristal líquido como modulador en dispositivos fotónicos que tienen guías de onda integradas en todo su volumen".
Aunque la modulación óptica en guías de ondas escritas con láser de femtosegundo se lograba anteriormente calentando localmente la guía de ondas, el uso de cristales líquidos en el nuevo trabajo permite el control directo de la polarización. "Nuestro enfoque tiene varias ventajas potenciales:menor consumo de energía, la posibilidad de abordar guías de ondas individuales en masa de forma independiente y menos diafonía entre guías de ondas adyacentes", afirmó Alberucci.
Para probar los dispositivos, los investigadores inyectaron luz láser en la guía de ondas y luego variaron el voltaje aplicado a la capa de cristal líquido, que moduló la luz. La polarización medida en la salida varió según lo predicho por la teoría. También descubrieron que la integración del cristal líquido con las guías de ondas dejaba invariables las propiedades de modulación de los cristales líquidos.
Los investigadores señalan que este estudio es sólo una prueba de concepto, por lo que es necesario realizar más trabajo antes de que la tecnología esté lista para aplicaciones prácticas. Por ejemplo, el dispositivo actual modula cada guía de ondas de la misma manera, por lo que están trabajando para lograr un control independiente de cada guía de ondas.
Más información: Kim Lammers et al, Control electroóptico de la polarización en guías de ondas escritas con láser de femtosegundo utilizando una celda de cristal líquido integrada, Optical Materials Express (2023). DOI:10.1364/OME.507230
Proporcionado por Óptica
