Los dispositivos ópticos a pequeña escala capaces de utilizar fotones para el procesamiento de información de alta velocidad se pueden fabricar con una facilidad y precisión sin precedentes utilizando un proceso de fabricación aditiva desarrollado en KAUST.

Las fibras ópticas se producen convencionalmente extrayendo filamentos delgados del vidrio de sílice fundido hasta dimensiones de microescala. Al infundir estas fibras con canales huecos largos y estrechos, Se introdujo una nueva clase de dispositivos ópticos denominados "fibras de cristal fotónico". La disposición periódica de los orificios de aire en estas fibras de cristal fotónico actúa como espejos casi perfectos, permitiendo la captura y la propagación prolongada de la luz en su núcleo central.

"Las fibras de cristal fotónico le permiten confinar la luz en espacios muy reducidos, aumentando la interacción óptica, "explica Andrea Bertoncini, un postdoctorado que trabaja con Carlo Liberale. "Esto permite que las fibras reduzcan enormemente la distancia de propagación necesaria para realizar funciones ópticas particulares, como control de polarización o división de longitud de onda ".

Una forma que utilizan los investigadores para ajustar las propiedades ópticas de las fibras de cristal fotónico es variando su geometría de sección transversal, cambiando el tamaño y la forma de los tubos huecos, o organizarlos en diseños fractales. Típicamente, estos patrones se hacen realizando el proceso de dibujo en versiones ampliadas de la fibra final. No todas las geometrías son posibles con este método, sin embargo, debido a los efectos de fuerzas como la gravedad y la tensión superficial.

Para superar tales limitaciones, el grupo recurrió a una tecnología de impresión tridimensional (3-D) de alta precisión. Usando un láser para transformar polímeros fotosensibles en sólidos transparentes, el equipo construyó capas de fibras de cristal fotónico capa por capa. Las caracterizaciones revelaron que esta técnica podría replicar con éxito el patrón geométrico de varios tipos de fibras ópticas microestructuradas a velocidades más rápidas que las fabricaciones convencionales.

Bertoncini explica que el nuevo proceso también facilita la combinación de varias unidades fotónicas. Demostraron este enfoque imprimiendo en 3D una serie de segmentos de fibra de cristal fotónico que dividen los componentes de polarización de los haces de luz en núcleos de fibra separados. Una conexión cónica fabricada a medida entre el divisor de haz y una fibra óptica convencional aseguró una integración eficiente del dispositivo.

"Las fibras de cristal fotónico ofrecen a los científicos un tipo de 'botón de ajuste' para controlar las propiedades de guía de la luz a través del diseño geométrico, "dice Bertoncini". Sin embargo, la gente no estaba explotando completamente estas propiedades debido a las dificultades de producir patrones de agujeros arbitrarios con métodos convencionales. Lo sorprendente es que ahora con nuestro enfoque, puedes fabricarlos. Tu diseñas el modelo 3-D, lo imprimes, y eso es."