In een aanzienlijke vooruitgang in de optische technologie hebben onderzoekers van Tohoku University en Toyohashi University of Technology een nieuwe methode ontwikkeld voor het creëren van transparante magnetische materialen met behulp van laserverwarming. Deze doorbraak is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Optical Materials , presenteert een nieuwe benadering voor het integreren van magneto-optische materialen met optische apparaten, een al lang bestaande uitdaging in het veld.

"De sleutel tot deze prestatie ligt in het creëren van Cerium-gesubstitueerd Yttrium Iron Garnet (Ce:YIG), een transparant magnetisch materiaal, waarbij gebruik wordt gemaakt van een gespecialiseerde laserverwarmingstechniek", zegt Taichi Goto, universitair hoofddocent aan het Electrical Communication Research Institute (RIEC) van Tohoku University. en co-auteur van het onderzoek. "Deze methode pakt de belangrijkste uitdaging aan van het integreren van magneto-optische materialen met optische circuits zonder ze te beschadigen - een probleem dat de vooruitgang in het miniaturiseren van optische communicatie-apparaten heeft belemmerd."

Magneto-optische isolatoren zijn essentieel voor het garanderen van stabiele optische communicatie. Ze fungeren als verkeersregelaars voor lichtsignalen, waardoor ze in de ene richting kunnen bewegen, maar niet in de andere. Het integreren van deze isolatoren in op silicium gebaseerde fotonische circuits is een uitdaging vanwege de processen waarbij hoge temperaturen optreden.

Als gevolg van dit raadsel richtten Goto en zijn collega's hun aandacht op lasergloeien, een techniek die selectief specifieke delen van een materiaal verwarmt met behulp van laser. Dit maakt nauwkeurige controle mogelijk, waarbij alleen de beoogde regio's worden beïnvloed, zonder de omliggende gebieden te beïnvloeden.

Eerdere studies hadden dit gebruikt om bismut-gesubstitueerde yttrium-ijzer-granaatfilms (Bi:YIG) selectief te verwarmen die op een diëlektrische spiegel waren afgezet. Hierdoor kan de Bi:YIG kristalliseren zonder de diëlektrische spiegel te beïnvloeden.

Bij het werken met Ce:YIG, een ideaal materiaal voor optische apparaten vanwege de magnetische en optische eigenschappen, ontstaan ​​er echter problemen omdat blootstelling aan de lucht ongewenste chemische reacties tot gevolg heeft.

Om dit te voorkomen hebben de onderzoekers een nieuw apparaat ontwikkeld dat materialen in een vacuüm, dat wil zeggen zonder lucht, verwarmt met behulp van een laser. Dit maakte een nauwkeurige verwarming van kleine oppervlakken (ongeveer 60 micrometer) mogelijk zonder het omringende materiaal te veranderen.

"Het transparante magnetische materiaal dat met deze methode wordt gecreëerd, zal naar verwachting de ontwikkeling van compacte magneto-optische isolatoren aanzienlijk verbeteren, cruciaal voor stabiele optische communicatie", zegt Goto. "Bovendien opent het mogelijkheden voor het creëren van krachtige geminiaturiseerde lasers, beeldschermen met hoge resolutie en kleine optische apparaten."

Meer informatie: Hibiki Miyashita et al, Vacuümlasergloeien van magneto-optische cerium-gesubstitueerde yttrium-ijzer-granaatfilms, Optische materialen (2023). DOI:10.1016/j.optmat.2023.114530

Aangeboden door Tohoku Universiteit