Forskare använder vad de kallar en SmartPrint-process för att utveckla nya polymermaterial. Kredit:Robert Norwood, University of Arizona
Forskare har utvecklat nya polymermaterial som är idealiska för att göra de optiska länkarna nödvändiga för att koppla ihop chipbaserade fotoniska komponenter med kretsar på kort eller optiska fibrer. Polymererna kan användas för att enkelt skapa sammankopplingar mellan fotoniska kretsar och optiska kretskort, den ljusbaserade motsvarigheten till elektroniska kretskort.
"Dessa nya material och de processer de möjliggör kan leda till kraftfulla nya fotonikmoduler baserade på kiselfotonik", säger forskargruppsledaren Robert Norwood från University of Arizona. "De kan också vara användbara för optisk avkänning eller för att göra holografiska skärmar för förstärkta och virtuella verklighetstillämpningar.
Silicon photonics-teknik gör att ljusbaserade komponenter kan integreras på ett litet chip. Även om många av de grundläggande byggstenarna i kiselfotoniska enheter har visats, behövs bättre metoder för att tillverka de optiska anslutningarna som länkar samman dessa komponenter för att göra mer komplexa system.
I tidskriften Optical Materials Express , rapporterar forskarna nya polymermaterial som har ett brytningsindex som kan justeras med ultraviolett (UV) ljus och låga optiska förluster. Dessa material gör det möjligt att skriva ut en enkelmodig optisk sammankoppling direkt i ett torrt filmmaterial med hjälp av ett billigt litografisystem med hög genomströmning som är kompatibelt med CMOS-tillverkningsteknikerna som används för att göra chipbaserade fotoniska komponenter.
"Den här tekniken gör det mer praktiskt att tillverka optiska sammankopplingar, som kan användas för att göra Internet - särskilt datacenter som gör det körs - mer effektivt", säger Norwood. "Jämfört med deras elektroniska motsvarigheter kan optiska sammankopplingar öka datagenomströmningen samtidigt som de genererar mindre värme. Detta minskar strömförbrukningen och kylningskraven."
Byta ut kablar mot ljus
Forskningen expanderar på ett vinyltiofenolpolymermaterialsystem känt som S-BOC som utredarna utvecklat tidigare. Detta material har ett brytningsindex som kan modifieras med UV-belysning. I det nya arbetet fluorerade forskarna delvis S-BOC för att förbättra dess ljuseffektivitet. Det nya materialsystemet, kallat FS-BOC, uppvisar lägre optiska utbredningsförluster än många andra optiska sammankopplingsmaterial.
"Med detta material kan vi använda en process som vi kallar SmartPrint för att direkt skriva optiska sammankopplingar mellan olika optiska kretskortselement, såsom jonbytarglas (IOX) vågledare från vår samarbetspartner Lars Brusberg från Corning Incorporated", säger Norwood.
För att utföra SmartPrint-processen appliceras en FS-BOC-film direkt på en fotonisk komponent. Ingen mekanisk inriktning behövs eftersom den optiska sammankopplingen är gjord med ett masklöst litografisystem som beräknar var sammankopplingen krävs genom att titta på komponenterna och sedan skriva in den optiska sammankopplingen i polymeren med fotoexponering. Ingen ytterligare bearbetning är nödvändig förutom att kortvarigt värma polymerfilmen till 90 °C. Eftersom tillverkningsmetoden är masklös, kan skrivmönster ändras utan att göra en ny fotomask.
Skapa en anslutning
För att demonstrera de nya materialen deponerade forskarna dem direkt på jonbytarglasvågledarmatriser, som vanligtvis används för integrerade fotoniska enheter. De skrev sedan ut de kopplingsfunktioner som behövs för att tillåta ljus att färdas ut ur en IOX-vågledare, fortplantas in i den nytillverkade polymerkopplingen och sedan gå in i en andra IOX-vågledare intill den ursprungliga IOX-vågledaren.
Enligt forskarna fungerade de optiska polymerkopplingarna bra och visade låga utbrednings- och kopplingsförluster, vilket innebär att mycket lite ljus gick förlorat när det färdades inom kopplingen eller mellan den och de andra komponenterna.
Forskarna arbetar nu med att förbättra materialets brytningsindexkontrast och prestanda vid höga temperaturer. "En högre brytningsindexkontrast skulle göra materialet mer tolerant mot tillverkningsvariationer medan högtemperaturprestanda sannolikt behövs för att sammankopplingen ska motstå lödåterflödesprocesser, som äger rum över 200 °C", säger Norwood. + Utforska vidare
