I ett betydande framsteg inom optisk teknologi har forskare från Tohoku University och Toyohashi University of Technology utvecklat en ny metod för att skapa transparenta magnetiska material med hjälp av laseruppvärmning. Detta genombrott, nyligen publicerat i tidskriften Optical Materials , presenterar ett nytt tillvägagångssätt för att integrera magneto-optiska material med optiska enheter, en långvarig utmaning inom området.

"Nyckeln till denna prestation ligger i att skapa Cerium-substituerad Yttrium Iron Garnet (Ce:YIG), ett transparent magnetiskt material, med hjälp av en specialiserad laseruppvärmningsteknik", säger Taichi Goto, docent vid Tohoku Universitys Electrical Communication Research Institute (RIEC) och medförfattare till studien. "Denna metod tar itu med den viktigaste utmaningen att integrera magneto-optiska material med optiska kretsar utan att skada dem - ett problem som har hindrat framsteg i miniatyrisering av optiska kommunikationsenheter."

Magneto-optiska isolatorer är avgörande för att säkerställa stabil optisk kommunikation. De fungerar som trafikledare för ljussignaler, vilket gör att de kan röra sig i en riktning men inte i den andra. Att integrera dessa isolatorer i kiselbaserade fotoniska kretsar är utmanande på grund av de höga temperaturprocesser som vanligtvis är involverade.

Som ett resultat av denna gåta fokuserade Goto och hans kollegor sin uppmärksamhet på laserglödgning - en teknik som selektivt värmer upp specifika områden av ett material med laser. Detta möjliggör exakt kontroll och påverkar endast de riktade regionerna utan att påverka omgivande områden.

Tidigare studier hade använt detta för att selektivt värma vismutsubstituerade yttriumjärngranatfilmer (Bi:YIG) avsatta på en dielektrisk spegel. Detta gör att Bi:YIG kan kristallisera utan att påverka den dielektriska spegeln.

Men när man arbetar med Ce:YIG, ett idealiskt material för optiska enheter på grund av dess magnetiska och optiska egenskaper, uppstår problem eftersom exponering för luft resulterar i oönskade kemiska reaktioner.

För att undvika detta konstruerade forskarna en ny enhet som värmer material i vakuum, dvs utan luft, med hjälp av en laser. Detta möjliggjorde exakt uppvärmning av små ytor (cirka 60 mikrometer) utan att förändra det omgivande materialet.

"Det genomskinliga magnetiska materialet som skapas genom denna metod förväntas avsevärt förbättra utvecklingen av kompakta magnetoptiska isolatorer, avgörande för stabil optisk kommunikation", säger Goto. "Dessutom öppnar det möjligheter för att skapa kraftfulla miniatyriserade lasrar, högupplösta skärmar och små optiska enheter."

Mer information: Hibiki Miyashita et al, Vakuumlaserglödgning av magnetoptiska ceriumsubstituerade yttriumjärngranatfilmer, Optiska material (2023). DOI:10.1016/j.optmat.2023.114530

Tillhandahålls av Tohoku University