Neue Polymermaterialien erleichtern die Herstellung optischer Verbindungen

Forscher haben neue Polymermaterialien entwickelt, die sich ideal für die Herstellung der optischen Verbindungen eignen, die für die Verbindung chipbasierter photonischer Komponenten mit Schaltungen auf Platinenebene oder optischen Fasern erforderlich sind. Die Polymere können zur einfachen Herstellung von Verbindungen zwischen photonischen Chips und optischen Leiterplatten, dem lichtbasierten Äquivalent elektronischer Leiterplatten, verwendet werden.

„Diese neuen Materialien und die Prozesse, die sie ermöglichen, könnten zu leistungsstarken neuen photonischen Modulen auf der Grundlage der Silizium-Photonik führen“, sagte Forschungsteamleiter Robert Norwood von der University of Arizona. „Sie könnten auch für die optische Erfassung oder die Herstellung holografischer Displays für Augmented- und Virtual-Reality-Anwendungen nützlich sein.

Die Silizium-Photonik-Technologie ermöglicht die Integration lichtbasierter Komponenten auf einem winzigen Chip. Obwohl viele der grundlegenden Bausteine ​​von Silizium-Photonikgeräten demonstriert wurden, sind bessere Verfahren erforderlich, um die optischen Verbindungen herzustellen, die diese Komponenten miteinander verbinden, um komplexere Systeme zu schaffen.

Im Tagebuch Express für optische Materialienberichten die Forscher über neue Polymermaterialien, die einen mit ultraviolettem (UV) Licht einstellbaren Brechungsindex und geringe optische Verluste aufweisen. Diese Materialien ermöglichen das direkte Drucken einer optischen Singlemode-Verbindung in ein Trockenfilmmaterial unter Verwendung eines kostengünstigen Lithographiesystems mit hohem Durchsatz, das mit den CMOS-Fertigungstechniken kompatibel ist, die zur Herstellung chipbasierter photonischer Komponenten verwendet werden.

„Diese Technologie macht es praktischer, optische Verbindungen herzustellen, die verwendet werden können, um das Internet – insbesondere die Rechenzentren, die es betreiben – effizienter zu machen“, sagte Norwood. „Im Vergleich zu ihren elektronischen Gegenstücken können optische Verbindungen den Datendurchsatz erhöhen und gleichzeitig weniger Wärme erzeugen. Dies reduziert den Stromverbrauch und den Kühlbedarf.“

Kabel durch Licht ersetzen

Die Forschung baut auf einem Vinylthiophenol-Polymermaterialsystem auf, das als S-BOC bekannt ist und das die Forscher zuvor entwickelt haben. Dieses Material hat einen Brechungsindex, der durch UV-Beleuchtung modifiziert werden kann. In der neuen Arbeit haben die Forscher S-BOC teilweise fluoriert, um seine Lichtausbeute zu verbessern. Das neue Materialsystem namens FS-BOC weist geringere optische Ausbreitungsverluste auf als viele andere optische Verbindungsmaterialien.

„Mit diesem Material können wir einen Prozess, den wir SmartPrint nennen, verwenden, um optische Verbindungen zwischen verschiedenen optischen Leiterplattenelementen direkt zu schreiben, wie z.

Zur Durchführung des SmartPrint-Prozesses wird eine FS-BOC-Folie direkt auf ein photonisches Bauteil aufgebracht. Es ist keine mechanische Ausrichtung erforderlich, da die optische Verbindung unter Verwendung eines maskenlosen Lithografiesystems hergestellt wird, das berechnet, wo die Verbindung erforderlich ist, indem es die Komponenten betrachtet und dann die optische Verbindung durch Belichtung in das Polymer schreibt. Außer einer kurzen Erwärmung des Polymerfilms auf 90 °C ist keine weitere Verarbeitung notwendig. Da der Herstellungsansatz maskenlos ist, können Schreibmuster geändert werden, ohne eine neue Fotomaske herzustellen.

Herstellen einer Verbindung

Um die neuen Materialien zu demonstrieren, lagerten die Forscher sie direkt auf Ionenaustausch-Glaswellenleiter-Arrays ab, die üblicherweise für integrierte photonische Geräte verwendet werden. Anschließend druckten sie die Kopplungsmerkmale, die erforderlich sind, damit Licht aus einem IOX-Wellenleiter austreten, sich in die neu hergestellte Polymerverbindung ausbreiten und dann in einen zweiten IOX-Wellenleiter neben dem ursprünglichen IOX-Wellenleiter eintreten kann.

Laut den Forschern funktionierten die optischen Polymerverbindungen gut und zeigten geringe Ausbreitungs- und Kopplungsverluste, was bedeutet, dass sehr wenig Licht verloren ging, als es innerhalb der Verbindung oder zwischen ihr und den anderen Komponenten wanderte.

Die Forscher arbeiten nun daran, den Brechungsindexkontrast und die Leistung des Materials bei hohen Temperaturen zu verbessern. „Ein höherer Brechungsindexkontrast würde das Material toleranter gegenüber Herstellungsschwankungen machen, während eine Hochtemperaturleistung wahrscheinlich erforderlich ist, damit die Verbindung Lötrückflussprozessen standhält, die über 200 °C stattfinden“, sagte Norwood.