Струйная печать позволяет производить недорогие микро-волноводы для оптических компьютеров

21.11.2018

Ученые из Университета ИТМО предложили новую технологию создания оптических микро-волноводов с помощью струйной печати. Такой метод позволяет быстро создавать волноводы с нужными параметрами и не требует дорогостоящего оборудования и сложных процедур. Новая технология уже оптимизирована для производства оптических элементов в промышленных масштабах. Результаты опубликованы в журнале Advanced Optical Materials.

Образцы волноводов, напечатанных на струйном принтере

Сегодня оптоволокно широко используется в коммуникации. Многие люди знают, что оно позволяет передавать сигнал на большие расстояния с минимальными потерями и за счет этого обеспечивает, например, высокую скорость интернета. Однако устройства сейчас становятся все меньше, поэтому ученые и инженеры стараются найти способ создать аналог оптоволокна на микромасштабе. Такие устройства называются волноводами. Они нужны для создания новых компьютеров на оптической основе, чтобы обеспечить эффективную передачу и обработку сигнала.

Большинство исследователей сейчас разрабатывает сложные и дорогостоящие технологии создания волноводов: например, метод лазерной абляции или фотолитографии. Это трудоемкие процедуры, требующие сложного оборудования, редких материалов и дополнительной обработки образца. Однако ученые из Университета ИТМО предлагают альтернативный метод создания оптических микро-волноводов, основанный на распространенной технологии струйной печати.

Оборудование для промышленного производства микро-волноводов по технологии струйной печати

Оборудование для промышленного производства микро-волноводов по технологии струйной печати

Печать волновода начинается с приготовления специальных чернил. Их главный ингредиент — взвешенный раствор, или золь, наночастиц диоксида титана. Выбор этого материала обусловлен высоким показателем преломления, который необходим, чтобы волновод эффективно проводил сигнал. Чтобы добиться подходящих для печати параметров чернил, ученые подобрали растворители, концентрацию главного компонента и поверхностно-активных веществ. Готовые чернила заправляются в струйный принтер, который наносит материал по заданной геометрии на чистую стеклянную подложку.

«Выгодное отличие нашей работы в том, что мы обосновали выбор материала, рабочей длины волны и геометрии волноводов, а не просто описали эти свойства и методику. Но главное преимущество — это простой и дешевый метод, пригодный для промышленности. Эта работа изначально была нацелена на прикладной результат, и сейчас мы уже провели первые промышленные испытания технологии совместно с компанией “IQDemy”. Результаты подтвердили, что метод можно адаптировать без потери качества волноводов», — комментирует Анастасия Клестова, сотрудник лаборатории SCAMT Университета ИТМО.

Сейчас ученые работают не только над промышленной адаптацией технологии струйной печати волноводов. В ближайших планах лаборатории — применить струйную печать в создании других элементов, необходимых для обработки оптического сигнала.

Александр Виноградов

Александр Виноградов

«Очевидно, что создание элементов хранения и передачи данных, основанных на управлении движением фотонов – это технологии будущих вычислительных машин. Наиболее острым для инженерной части таких устройств всегда оставались способы печати эффективных транспортных линий. Наше решение фактически “снимает” все основные ограничения в этой области, и я не сомневаюсь, что в скором времени мы увидим фотонные вычислительные устройства с волноводами, созданными нашим методом», — отмечает Александр Виноградов, сотрудник лаборатории SCAMT Университета ИТМО.

Статья: Inkjet Printing of Optical Waveguides for Single‐Mode Operation. Anastasiia Klestova et al. Advanced Optical Materials. Nov. 20, 2018


Центр научной коммуникации