3D打印片上微环谐振器和嵌套螺旋光子器件

       各种结构的光学谐振器的设计一直是科研人员研究的热点方向。它们的应用广泛而多样，包括量子信息处理、非线性光学、激光、光学传感和力学。谐振器极大地增强了光物质相互作用的程度，减少了功耗和/或器件占用空间。在集成光学中，微环和微盘谐振器是最多产的光学谐振器类型，因为它们易于在光子光波电路中集成。虽然微球和微环谐振器已经被证明具有高品质因子，但它们很少被使用。与微球谐振器相比，微环谐振器的耦合更具挑战性。后者的光学模式被限制在一个相对较小的环形区域内，并且模式的方位角扩展明显较小。有效耦合区域的宽度在环面小直径内。因此，耦合器相对于微环的高度和水平位置的微小变化可以完全阻碍耦合到谐振器的光。

       近日，新加坡科技与设计大学HonGWEI GAO等人报道了一种基于多光子光刻技术的三维（3D）打印聚合物微环谐振波导系统。集成微环波导系统包括集成耦合波导，便于光耦合，其品质因子为16000。它避免了异质、基于光纤光耦合到微环谐振器的需要，这一过程需要高对准精度，而且操作起来很麻烦。通过利用3D打印技术提供的3D设计自由度，微环谐振器和悬浮耦合波导的全3D形态与300 nm间隙精确对齐，并匹配微环的垂直高度。研究人员进一步演示了嵌套的双螺旋波导，它具备更高的数据空间密度。实验结果表明，该双螺旋波导器件具有良好的传输特性。通过这种三维嵌套双螺旋波导，研究人员成功地传输了30 Gb/s的非归零制(NRZ)数据和28 Gb/s的脉冲幅度调制(PAM4)数据。这种集成了微环和单片耦合波导的新方法，为简化三维微环的单步制作，以及波导和微环谐振器之间的简单而可靠的耦合提供了途径。相关研究工作发表在《Photonics Research》上。（丁雷）

        文章链接：HonGWEI GAO, et al, 3D printed on-chip microtoroid resonators and nested spiral photonic devices, Photonics Research(2021).https://doi.org/10.1364/PRJ.430801.