Os serviços emergentes, como serviços de interconexão em nuvem de data center, serviços de vídeo de ultra largura de banda, e os serviços móveis 5G estimulam o rápido desenvolvimento de circuitos integrados fotônicos (PIC), que pode atender a crescente demanda de sistemas de comunicação para internet.

Contudo, PICs hoje são amplamente percebidos como estruturas planas, capaz de guiar a luz em um único plano. Essa planaridade surge devido aos processos de fabricação tradicionais de cima para baixo.

A litografia multifotônica é uma nova e promissora tecnologia de impressão 3-D que permite que objetos 3-D sejam fabricados com mais facilidade, em comparação com a fabricação de objetos 3-D em métodos convencionais de fabricação do tipo sala limpa usados ​​em eletrônica e optoeletrônica.

Com esta técnica, deixa de existir a restrição da exposição top-down para a realização dos PICs uma vez que desbloqueia as funções disponibilizadas pela terceira dimensão. Aproveitando os conceitos de manufatura aditiva, A litografia multi-fótons 3-D envolve o uso de uma fonte de luz de femtossegundo para iniciar a polimerização de dois fótons quando focada em um local específico no material. Esta técnica foi usada para realizar as estruturas fotônicas 3-D de alta resolução.

Pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) demonstraram guias de onda 3-D de alta resolução que transcendem as restrições de confinamento de luz em um único plano. No artigo publicado em Materiais Óticos Avançados, Dr. Gao Hongwei, A Professora Associada Dawn Tan e seus colegas do Grupo de Dispositivos e Sistemas Fotônicos demonstraram guias de onda 3D de alta resolução que orientam a luz em uma configuração em espiral e ponte aérea (consulte as imagens SEM abaixo).

Junto com esses novos dispositivos, eles também demonstraram acopladores de guia de onda 3D de perda muito baixa com perdas de acoplamento de guia de onda de fibra de 1,6 dB e largura de banda de 3dB superior a 60 nm. Isso está em contraste com os padrões atuais da indústria, que exigem embalagens com muita mão de obra para perdas de cerca de 1dB. A equipe de pesquisa demonstrou que suas perdas são baixas, sem a necessidade de qualquer embalagem de pós-processamento ou pós-fabricação. A fabricação de alta resolução também resultou em ressonadores de anel com tamanhos de recursos sub-mícron.

“Os dispositivos fotônicos fabricados são um avanço inovador no domínio dos circuitos integrados fotônicos. também pudemos demonstrar transmissão de dados NRZ de 30 Gb / s sem erros e PAM4 de 56 Gb / s por meio desses guias de onda. Isso é importante porque esses formatos e taxas de teste de alta velocidade estão alinhados com aqueles usados ​​em produtos transceptores de detecção direta comerciais hoje, "explicou o investigador principal Professor Associado Tan, que dirige o grupo de dispositivos e sistemas fotônicos no SUTD.

De fato, a equipe conseguiu derivar apenas pequenas penalidades de potência de 0,7 dB para NRZ (taxa de erro de bit [BER] =10 ^-12 ) e 1,5 dB para PAM4 (BER =10 ^-6 ) dos dispositivos fotônicos. Esses resultados demonstram alta velocidade com sucesso, transmissão ótica sem erros por meio de guias de onda fabricados em 3-D. Isso também mostra a adequação dos dispositivos como guias de onda de baixa perda e interconexões ópticas.

"Importante, a qualidade 3-D desses guias de onda nos permite exceder as limitações das estruturas planas tradicionais. Desta maneira, é possível obter PICs de densidade muito mais alta. A alta resolução, tamanhos de recursos submícron também são promissores, especialmente para alcançar funções avançadas, como filtragem espectral, estruturas de ressonadores e metasuperfícies, "disse o Dr. Gao, o primeiro autor do artigo e pesquisador de pós-doutorado do SUTD.

"Este trabalho demonstra o potencial da manufatura aditiva na fabricação de dispositivos fotônicos avançados com designs 3-D superiores em alta resolução, "acrescentou o co-autor Professor Associado Low Hong Yee do SUTD.

No futuro, a capacidade de realizar estruturas fotônicas 3-D de alta resolução pode criar ainda mais avanços na forma e na função da fotônica, incluindo processamento de sinal óptico avançado, técnicas de imagem e sistemas espectroscópicos.