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Fabricación ultra eficiente de guías de onda ópticas

24/03/2010
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Propagación de luz guiada.

José Olivares (CSIC) y Fernando Agulló (UAM), han utilizado irradiaciones con iones pesados de muy alta energía (> 100 MeV) para fabricar eficientemente guías de onda ópticas muy gruesas. Estas guías tan gruesas son requeridas en aplicaciones de guiado infrarrojo de especial interés en el campo de la astronomía y astrofotónica, por ejemplo para la detección de planetas extrasolares.

Las guías de onda ópticas (estructura física que guía ondas de luz) son elementos clave en la fabricación de dispositivos fotónicos, como por ejemplo los moduladores electro-ópticos que permiten generar y detectar información. La alta eficiencia se obtiene gracias a un elevado grado de confinamiento de la luz en regiones de sección muy pequeña. Esto permite minimizar las necesidades de potencia, tanto de la propia luz guiada, como de los campos eléctricos que se aplican para obtener la funcionalidad “electro-óptica” deseada.

Básicamente, para fabricar una guía óptica en, o sobre un material dado, es necesario modificar sus propiedades para obtener una región con un índice de refracción mayor que el del sustrato que le rodea. El tamaño o sección de las guías ópticas ha de ser igual que la longitud de onda (lambda) con la que se desea trabajar. Para luz en el rango visible o infrarrojo cercano, lambda es del orden de una micra. Se pueden utilizar diversas tecnologías de fabricación de láminas delgadas por depósito o difusión para fabricar guías ópticas tan delgadas como una micra.

Sin embargo, para el manejo de radiación electromagnética en el infrarrojo medio, con longitudes de onda de varias micras, es necesario ser capaz de fabricar o modificar regiones de varias micras de grosor y esto no es fácil de realizar con las tecnologías clásicas.

En el trabajo publicado en OPTICS EXPRESS por José Olivares del Instituto de Óptica (CSIC) y Fernando Agulló López del Centro de Microanálisis de Materiales (UAM), se ha utilizado la irradiación con iones pesados de alta energía para procesar cristales, en particular de LiNbO3, alcanzando grosores de hasta varias decenas de micras.

La esencia del método de procesado reside en emplear la gran excitación electrónica que se induce en los materiales cuando se irradian con iones pesados de alta energía (>10 MeV). Esta excitación produce un “daño electrónico” cuya intensidad y localización puede controlarse seleccionando adecuadamente el tipo de ion con el que se va a irradiar, su energía y la cantidad total de iones irradiados. Como resultado, se obtienen unas regiones del cristal que han sufrido más “daño electrónico” y en las que disminuye el índice de refracción en mayor cuantía. Se define así una guía óptica funcional en las regiones que han experimentado menos daño y que tienen mayor índice relativo de refracción.

Este trabajo culmina la línea de investigación sobre el nuevo método de fabricación con irradiaciones experimentado en el acelerador del Centro de Microanálisis de Materiales de Madrid de la UAM y es fruto de la colaboración de varios grupos de investigación nacionales e internacionales: el grupo FOTION de José Olivares del I. de Óptica del CSIC, la colaboración de Fernando Agulló López en el Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM) de la UAM (con la participación de Olga Caballero Calero, Miguel Luis Crespillo, Almenara, Mª Dolores Ynsa Alcalá, Ángel García Cabañes) a y los centros GANIL (Francia) y GSI (Alemania).

Descargar aquí:  Fabricación ultra eficiente de guías de onda ópticas