Dispositivos ópticos de pequena escala capazes de usar fótons para processamento de informações de alta velocidade podem ser fabricados com facilidade e precisão sem precedentes usando um processo de manufatura aditiva desenvolvido na KAUST.

As fibras ópticas são convencionalmente produzidas extraindo filamentos finos do vidro de sílica fundido até dimensões de microescala. Ao infundir essas fibras com canais ocos estreitos e longos, foi introduzida uma nova classe de dispositivos ópticos denominados "fibras de cristal fotônico". O arranjo periódico de orifícios de ar nessas fibras de cristal fotônico agem como espelhos quase perfeitos, permitindo o aprisionamento e a longa propagação da luz em seu núcleo central.

"As fibras de cristal fotônico permitem que você confine a luz em espaços muito apertados, aumentando a interação óptica, "explica Andrea Bertoncini, um pós-doutorado trabalhando com Carlo Liberale. "Isso permite que as fibras reduzam enormemente a distância de propagação necessária para realizar funções ópticas específicas, como controle de polarização ou divisão de comprimento de onda. "

Uma maneira que os pesquisadores usam para ajustar as propriedades ópticas das fibras de cristal fotônico é variando sua geometria transversal - mudando o tamanho e a forma dos tubos ocos, ou organizando-os em designs fractais. Tipicamente, esses padrões são feitos executando o processo de desenho em versões ampliadas da fibra final. Nem todas as geometrias são possíveis com este método, Contudo, devido aos efeitos de forças como a gravidade e a tensão superficial.

Para superar essas limitações, o grupo voltou-se para uma tecnologia de impressão tridimensional (3-D) de alta precisão. Usando um laser para transformar polímeros fotossensíveis em sólidos transparentes, a equipe construiu fibras de cristal fotônico camada por camada. As caracterizações revelaram que esta técnica pode replicar com sucesso o padrão geométrico de vários tipos de fibras ópticas microestruturadas em velocidades mais rápidas do que as fabricações convencionais.

Bertoncini explica que o novo processo também facilita a combinação de várias unidades fotônicas. Eles demonstraram essa abordagem imprimindo em 3-D uma série de segmentos de fibra de cristal fotônico que dividem os componentes de polarização dos feixes de luz em núcleos de fibra separados. Uma conexão cônica fabricada sob medida entre o divisor de feixe e uma fibra óptica convencional garantiu a integração eficiente do dispositivo.

"As fibras de cristal fotônico oferecem aos cientistas um tipo de 'botão de ajuste' para controlar as propriedades de orientação da luz por meio de desenhos geométricos, "diz Bertoncini." No entanto, as pessoas não estavam explorando totalmente essas propriedades devido às dificuldades de produzir padrões de orifícios arbitrários com métodos convencionais. O surpreendente é que agora, com a nossa abordagem, você pode fabricá-los. Você projeta o modelo 3-D, você imprime, e é isso."