Goedkoper efficiëntere PICs met op polymeren gebaseerd fabricageproces

Het onderzoek is gepubliceerd in Advanced Optical Materials.

PICs manipuleren het pad van datadragende lichtsignalen en zijn gemaakt van materialen waarvan de brekingsindex kan worden gewijzigd. Om de signaalcontrole te maximaliseren en de optische verliezen te minimaliseren is een robuuste, betrouwbare en snelle methode nodig voor het maken van PICs. Met dit in gedachten hebben onderzoekers van de afdelingen Electrical Engineering Chemical Engineering and Chemistry de nieuwe fabricagemethode ontwikkeld.

Hierbij worden fotonische materialen gecoat met polymeren waarvan de optische eigenschappen in enkele minuten op grote schaal kunnen worden afgestemd met behulp van zure oplossingen met een variërende pH-waarde. Dit is een unieke benadering, omdat hierbij gebruik wordt gemaakt van polymeren en zure oplossingen, in plaats van fotonische materialen bloot te stellen aan licht om vervolgens de brekingseigenschappen te reguleren met behulp van warmte.

PEM-coating voor fotonische apparaten

Alvorens de nieuwe polymeer-gecoate fotonische apparaten te fabriceren, bevestigden de onderzoekers eerst dat de optische eigenschappen van responsieve polyelectrolyte multilayer (PEM) – een materiaal dat bestaat uit een aantal PEM-lagen – omkeerbaar kunnen worden veranderd. PEM-gecoate silicium monsters werden onderworpen aan cycli van verzuring en neutralisatie door het afwisselend dompelen van de monsters in oplossingen van verschillende pH. Een lage pH-oplossing (zeer zuur) leidde tot dunne PEM-lagen met een hoge brekingsindex, terwijl hogere pH-oplossingen (minder zuur) resulteerde in dikke PEM-lagen met een lagere brekingsindex. De daling van de brekingsindex is te wijten aan een toename van het aantal gaten (toename van de porositeit) in het materiaal.

De onderzoekers plaatsten vervolgens een PEM-coating eerst in zijn geheel en daarna gedeeltelijk over een fotonisch apparaat. Met behulp van het cyclische verzuringsproces varieerde de dikte van de coating (en daarmee de brekingsindex). Deze nieuwe aanpak biedt een breed scala aan controle en flexibiliteit als het gaat om het produceren van programmeerbare fotonische apparaten. Belangrijk is dat de apparaten met deze aanpak in enkele minuten kunnen worden geprogrammeerd. Nog indrukwekkender is dat de geprogrammeerde toestand niet vluchtig is en tot 15 weken stabiel blijft.