Van compacte biosensoren en spectrometers tot onzichtbare apparaten en kwantumcomputers, toepassingen met betrekking tot geïntegreerde fotonica worden steeds meer gezocht. Net als bij optische vezels, geleidend licht in geïntegreerde fotonische schakelingen wordt bereikt door een lokale verhoging van de brekingsindex (RI) van het materiaal. Ultrasnel laserschrijven is de enige technologie die driedimensionale RI-modificatie in transparante materialen mogelijk maakt, dus de directe fabricage van 3D-fotonische apparaten. Na het eerste laserschrijven van fotonische kanalen in glas in de late jaren 90, men geloofde dat de technologie snel het favoriete instrument zou worden voor de productie van geïntegreerde fotonica. Echter, ondanks talrijke inspanningen, de grootte van de laser-geïnduceerde RI-verandering blijft beperkt, het voorkomen van de fabricage van compacte apparaten met buigzame optische kanalen die hoge RI-veranderingen vereisen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , Dr. Jerome Lapointe van het Centrum voor Optica, Fotonica en lasers (COPL), Laval-universiteit, Canada en collega's ontdekten een fysiek fenomeen dat verband houdt met de elektronische resonantie van met laser bewerkte materialen die het RI-veranderingsprobleem aanpakt. Met behulp van het nieuwe concept, de wetenschappers demonstreerden fotonische kanalen met buigstralen van microngrootte, die niet eerder in drie dimensies werd bereikt. De nieuwe technologie heeft het potentieel om 3D-fotonicacircuits aanzienlijk te miniaturiseren, waardoor een dichtere integratie van fotonische toepassingen op dezelfde chip mogelijk wordt of de capaciteit van optische kwantumcomputers wordt vergroot, bijvoorbeeld. Deze wetenschappers verklaren hun ontdekking:

"We hebben ontdekt dat femtoseconde laserpulsen lokaal en permanent de elektronische resonantie van een materiaal kunnen wijzigen. Door wiskundige definitie, de RI is exponentieel afhankelijk van de elektronische resonantie van het materiaal als functie van lichtfrequenties (of kleuren). Vervolgens hebben we aangetoond dat fotonische circuits kunnen profiteren van dit fenomeen in een transparant gebied van het materiaal. In deze regio, de verandering in RI (die de basis is van de fotonische circuits) kan een zeer grote positieve waarde bereiken, die lichtgeleiding in geminiaturiseerde fotonische circuits mogelijk maakt."

"Europese wetenschappers hebben onlangs kwantumcomputercomponenten gefabriceerd met behulp van laserschrijven. De kwantumapparaten zijn 5 tot 10 centimeter lang. Onze ontdekking suggereert dat dezelfde kwantumapparaten meer dan 10 keer kleiner kunnen zijn. Dit is veelbelovend, aangezien de rekencapaciteit van elke computer direct is evenredig met de hoeveelheid componenten op een chip, " voegden ze eraan toe.

Verrassend genoeg, de wetenschappers merkten op dat de circuits onzichtbaar zijn als er rood licht doorheen schijnt. Ze ontdekten dat de circuits onzichtbaar worden voor bepaalde kleuren, afhankelijk van het materiaal en de laserschrijfomstandigheden. De wetenschappers verklaren het fenomeen met behulp van dezelfde theorie die de elektronische resonantievariatie impliceert. Dit nieuwe concept maakt de weg vrij voor onzichtbare fotonische toepassingen, die op telefoonschermen kunnen worden geplaatst, auto voorruiten, en industriële displays.

"We ontdekten dat de positieve RI-verandering die wordt veroorzaakt door de elektronische resonantievariatie precies de negatieve RI-verandering kan compenseren die wordt veroorzaakt door een structurele uitzetting (beide veroorzaakt door het laserschrijven), wat resulteert in een nul-RI-verandering voor bepaalde kleuren. Voor zover we weten, dit is een nieuw concept van directe fabricage van onzichtbare structuren. De gunstige combinatie van een hoge RI-verandering voor werkfrequenties en de onzichtbaarheid voor de regenboogfrequenties kan helpen om verschillende onzichtbare toepassingen op telefoonschermen mogelijk te maken, bijvoorbeeld, ' voorspellen de wetenschappers.