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中空コア光導波路のオンチップ3Dプリンティング

2020/08/18

国際的研究チームにより、数センチの距離に渡って光を回折させずに閉じ込めて導く、オンチップ光ケージの新しいコンセプトを発表しました。研究チームは、Nanoscribeの3Dプリンタを用いて、シリコンフォトニックチップ上に中空コア3Dフォトニック導波路を直接製造しました。この微細な構造は、中空コアの周りに2つのリング状に配置された微細なストランドで構成されています。チップ上での集積化と相まって、この光ケージで可能な強い光と物質の相互作用は、新たなアプリケーションを切り開くことになります。特にガスや液体ベースの検出、バイオ分析や量子技術にとって有望な技術です。nanoscribe_news20200818_1
集積型フォトニックデバイスにおける気体、液体、または生物学的薬剤と光との強い相互作用は、環境モニタリングやバイオセンサーにおいて新規の方法やモバイルアプリケーションを可能にします。強い光と物質の相互作用を強化するためには、高度な光センシング素子が必要である。この目標を念頭に置き、
ライプニッツ光技術研究所ルートヴィヒ・マクシミリアン大学ミュンヘン校インペリアル・カレッジ・ロンドン校フリードリヒ・シラー大学イエナ校オットー・ショット材料研究所の科学者チームは、3D光ケージの新しい導波路の概念を開発しました。導波管は、光を微細な棒の後ろに捕捉し、フォトニックバンドギャップ効果を利用して数ミリの距離にわたって光を導きます。光ケージのオープンなデザインは、液体や気体分子のような光と物質の間の強い相互作用に対して有利な造りになっています。
光導波路の3D微細造形nanoscribe_news20200818_2_
微細構造を製造のため、Nanoscribeの3D技術を用いて、シリコンチップ上へ二重リング型のライトケージを直接印刷しました。この複雑な構造は、光を導く中空のコアの周りに六角形に配置されたストランドを持つ2つのリングで構成されています。極細のストランドは直径3.6μm、ストランド間のピッチ7μm、長さ5mmで、1,000を超える高いアスペクト比を実現しています。3D微細構造設計は、ストランド間の空きスペースを通り、導波路のコア領域への横方向のアクセスを可能にします。その結果、分子は側面から中空コアに入り、コア領域の光と相互作用することができます。性能試験では、3Dライトケージを介した効率的な導波路が実証されています。さらに、チップを組み込むことで、光ケージのコンセプトは、バイオ分析や量子技術のような多くの分野で使用が期待されます。上記の研究チームによると、導波路の長さは3cmに達し、アスペクト比は8,000を超えます。

積層製造による更なるフォトニック材料の開発

Nanoscribeの3D微細加工技術は、非常に複雑で高精度なマイクロパーツの3Dプリント機能により、フォトニック回路の研究とイノベーションを推進しています。さらに、ダイレクト・レーザー・ライティングのコンセプトにより、フォトニックチップ上での複雑な3D微細パーツの直接製造が可能になりました。3Dフォトニック結晶、フォトニックインターコネクト、複合レンズシステム、自由形状カプラなどの実現は、Nanoscribeの3Dプリンタによって実現された重要な成果です。

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直接レーザー書き込みによるフォトニックバンドギャップ誘導型デュアルリング光ケージの光誘導
中空コアライトケージ:バーの後ろに光をトラップする

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