(AWGs)功能性激光写入阵列波导光栅的制造

飞秒激光直写技术制造的功能阵列波导光栅（AWG）。

这种制造技术是光刻的无掩模替代技术，可实现设计灵活性和快速原型制作。它非常适合新应用的定制小规模生产，我们非常乐承接您的代工需求,例如几何光波导、阵列光波导和相应的波分复用器件。

目前AWG是通过光刻技术进行批量生产的。然而，在为新应用开发 AWG 时，用于原型设计和特定设备的小规模制造运行既昂贵又耗时。快速制造集成光子电路的最新替代方案是飞秒（fs）激光直写技术[ Fabrication and characterization of photonic devices directly written in glass using femtosecond laser pulses]。该技术可以快速且经济高效地制造设备，

例如：三维分光器 [ three dimensional splitters ]、波导激光器（waveguide lasers）、光子灯笼（photonic lanterns）、恒星干涉仪（ stellar interferometers ）和集成多模滤波器 (integrated multi-mode filters ).

Arrayed Waveguide Gratings 阵列波导光栅 (AWG) 于 1988 年首次由 MK Smit 提出，作为用于波分复用的紧凑型（解）复用器（New focusing and dispersive planar component based on an optical phased array）。自诞生以来，在电信行业的推动下，使用光刻技术制造的 AWG 已被广泛设计，成为高度可靠、紧凑和低损耗的设备。这些属性使 AWG 能够成功应用于其他集成传感应用，例如：谱域光学相干断层扫描、小型化拉曼光谱、紧凑型生物医学传感器以及天文摄谱仪。

由光波导技术延申、量子比特（qubit）是量子计算机和量子互联网的基本构建块。量子光源产生可用作量子比特的光量子（光子）。片上光子学已成为处理光量子态的领先平台，因为它结构紧凑、坚固耐用，并且允许在单个芯片上容纳和排列许多元件。在这里，光通过极其紧凑的结构引导到芯片上，这些结构用于构建光子量子计算系统。

AWG 的工作原理如下（见图)：光通过单模波导注入大的自由传播区 (FPZ)。FPZ 是大的折射率修改区域，使光能够在水平面内自由衍射，同时被限制在垂直面内。然后通过锥体阵列同相捕获该平板模式。这些锥度绝热地将平板模式引导到波导阵列中，从而减少模式失配，从而减少损耗。阵列的每个波导都比相邻的波导逐渐长，从而在波导阵列上产生类似于体衍射光栅的相位倾斜。然后，这些波导被注入第二个 FPZ，其中每个波长的光发生相长干涉，在输出处产生水平分散的光谱。AWG 类似于衍射光栅，根据设计，输出可能有多个衍射级。

鉴于工艺保密的要求，我们公布一个可查询的制作过程：

AWG 使用超快钛蓝宝石振荡器制造，该振荡器发射 50 fs 脉冲，重复率为 5 MHz，中心波长为 800 nm。使用 40 ×、0.65 NA 显微镜物镜，将光在 170 μm深度处聚焦到碱土金属硼铝硅酸盐玻璃样品中 (Corning Eagle 2000)。由于焦点处的非线性吸收，玻璃的折射率可以局部改变。通过在一组 Aerotech 3 轴空气轴承平移台上移动样品，样品内焦点的位置就会移动，留下折射率修改的区域。

使用 55 nJ 的脉冲能量和 2000 mm/min 的平移速度写入修改。这些写入修改创建了 633 nm 的单模波导，宽度为 4.8 ± 0.2 μm，模场直径为 7.3 × 8.1 μm (1/ e ² )。波导的传播损耗为 0.82 dB/cm。使用逆亥姆霍兹技术[ 测定了1.5×10 ^-3的峰值折射率对比度。这些修改可以进行多次扫描，以形成可以充当 FPZ 和锥形区域的平板波导。使用 0.4 μ的多重扫描间距m，创建了折射率均匀性为 1.97%（标准偏差）的均匀板。高转换速度可在大约 100 分钟内完成单个 AWG 的刻录。这相当于对样本进行 2,300 次扫描来创建 FPZ。通过使用空间光调制器将多个光束同时聚焦到材料中，可以进一步缩短总制造时间。所展示的单独 AWG 设备在初始制造后 1.5 年后仍能正常工作，表明这种修改是永久性的。

创作者信息：

G. Douglass