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La nueva linterna fotónica a microescala impresa en 3D abre oportunidades para la multiplexación en modo espacial

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La linterna fotónica está diseñada para convertir sin pérdidas entre fuentes y modos ópticos optimizando la estructura de la guía de ondas convergente mediante algoritmos de aprendizaje adaptativo y simulaciones ópticas. Luego, la estructura se imprime en una fuente de fibra de múltiples núcleos utilizando escritura láser directa y técnicas de polimerización de dos fotones. Izquierda: Vista de la punta de fibra de una férula de cerámica con fibra multinúcleo incrustada, con una linterna fotónica impresa en 3D de 300 micras de alto en la punta. Derecha: Vista microscópica ampliada de la linterna de fotones. Crédito: Yoav Dana

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La linterna fotónica está diseñada para convertir sin pérdidas entre fuentes y modos ópticos optimizando la estructura de la guía de ondas convergente mediante algoritmos de aprendizaje adaptativo y simulaciones ópticas. Luego, la estructura se imprime en una fuente de fibra de múltiples núcleos utilizando escritura láser directa y técnicas de polimerización de dos fotones. Izquierda: Vista de la punta de fibra de una férula cerámica con fibra multinúcleo incrustada, con una linterna fotónica impresa en 3D de 300 micras de alto en la punta. Derecha: Vista microscópica ampliada de la linterna de fotones. Crédito: Yoav Dana

Las ondas ópticas que se propagan a través del aire o de la fibra multimodo se pueden modelar o descomponer utilizando modos espaciales ortogonales, con aplicaciones de largo alcance en imágenes, comunicaciones y energía dirigida. Sin embargo, los sistemas que realizan estas manipulaciones del frente de onda son pesados ​​y grandes, lo que restringe su uso a aplicaciones de alto nivel.

El desarrollo de un (des)multiplexor de modo espacial de linterna fotónica a microescala autónomo mediante nanoimpresión 3D, como lo revela un estudio reciente, marca un avance significativo en la tecnología fotónica. Este multiplexor espacial, caracterizado por su tamaño compacto, tamaño mínimo y capacidad de imprimir y adherirse directamente a circuitos fotónicos, fibras ópticas y elementos optoelectrónicos como láseres y fotodetectores, abre nuevas oportunidades en la integración de sistemas y la adopción de tecnología en el futuro. sistemas de comunicación de alta capacidad y modalidades de imagen exigentes.

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el trabajo es Publicado en el diario Luz: ciencia y aplicaciones.

El estudio realizado por el candidato a doctorado Yoav Dana, supervisado por el profesor Dan Marom y su equipo en el Instituto de Física Aplicada de la Universidad Hebrea de Jerusalén, en asociación con científicos de Nokia Bell Labs, dio como resultado el desarrollo y la demostración de un espacio. modo linterna fotónica independiente a microescala (des)multiplexor. La pequeña linterna fotónica se fabricó mediante una técnica de nanoimpresión 3D que utiliza escritura láser directa, aplicada directamente a una punta de fibra óptica.

Los dispositivos de linterna fotónica convierten entre ondas ópticas que contienen una superposición de modos o frentes de onda distorsionados y un conjunto de señales ópticas monomodo separadas. La tecnología se destaca como un candidato prometedor para permitir la multiplexación por división espacial (SDM) en futuras redes de comunicaciones ópticas de alta capacidad, así como en imágenes y otras aplicaciones que requieren la manipulación espacial de ondas ópticas.

Aprovechando las capacidades de la nanoimpresión 3D y empleando guías de ondas de alto índice de contraste, los investigadores han desarrollado un dispositivo compacto y versátil que se puede imprimir en prácticamente cualquier plataforma sólida con gran precisión y alta fidelidad, lo que permite su perfecta integración en una variedad de tecnologías. contextos. El dispositivo de escala de ~100 micrómetros contrasta marcadamente con las linternas fotónicas tradicionales basadas en guías de ondas débilmente orientadas de milímetros a centímetros de largo, lo que hace que la integración con sistemas fotónicos de microescala sea un gran desafío.

Imagen de la punta del conector de fibra, con una pequeña linterna fotónica impresa directamente en la faceta de la fibra. Crédito: Yoav Dana

«El desarrollo de este (des)multiplexor de modo espacial de linterna fotónica a microescala autónomo representa un avance significativo en nuestra capacidad para habilitar y adoptar la multiplexación espacial para diversos sistemas y aplicaciones ópticos», dijo el profesor Dan Marom. «Este avance hace que la tecnología de multiplexación por división espacial sea mucho más asequible y susceptible de integración, abriendo nuevas posibilidades para aplicaciones de imágenes y comunicaciones ópticas, por nombrar algunas».

Los investigadores presentaron el diseño del dispositivo utilizando algoritmos genéticos, fabricación en una punta de fibra y caracterización de una linterna fotónica mezcladora de seis modos y 375 µm de largo capaz de convertir seis entradas monomodo en una única guía de ondas. A pesar de su tamaño compacto, el dispositivo presenta una baja pérdida de inserción (-2,6 dB), baja sensibilidad a la longitud de onda y bajas pérdidas dependientes de la polarización y del modo (-0,2 dB y -4,4 dB respectivamente).

Mas informaciones:
Yoav Dana et al, Multiplexor (des) de modo espacial de linterna de fotones a microescala independiente fabricado mediante nanoimpresión 3D, Luz: ciencia y aplicaciones (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01466-6

Información del diario:
Luz: ciencia y aplicaciones


Federico Pareja

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