Da biosensori compatti e spettrometri a dispositivi invisibili e computer quantistici, le applicazioni legate alla fotonica integrata sono sempre più ricercate. Come nelle fibre ottiche, la luce guida nei circuiti fotonici integrati è ottenuta mediante un aumento locale dell'indice di rifrazione (RI) del materiale. La scrittura laser ultraveloce è l'unica tecnologia che consente la modifica tridimensionale dell'IR in materiali trasparenti, quindi la fabbricazione diretta di dispositivi fotonici 3-D. Dopo la prima scrittura laser di canali fotonici in vetro alla fine degli anni '90, si riteneva che la tecnologia sarebbe diventata rapidamente lo strumento preferito per la produzione di fotonica integrata. Però, nonostante i numerosi sforzi, l'entità della variazione dell'IR indotta dal laser rimane limitata, impedendo la fabbricazione di dispositivi compatti con canali ottici flessibili che richiedono elevate variazioni di RI.

In un nuovo articolo pubblicato su Luce:scienza e applicazioni , Dr. Jerome Lapointe del Centro di Ottica, Fotonica e Laser (COPL), Università Laval, Canada e colleghi hanno scoperto un fenomeno fisico correlato alla risonanza elettronica dei materiali lavorati al laser che affronta il problema del cambiamento RI. Utilizzando il nuovo concetto, gli scienziati hanno dimostrato canali fotonici con raggi di curvatura di dimensioni micron, che non è stato raggiunto in tre dimensioni prima. La nuova tecnologia ha il potenziale per miniaturizzare in modo significativo i circuiti fotonici 3D, consentendo un'integrazione più densa di applicazioni fotoniche su uno stesso chip o aumentando la capacità del computer quantistico ottico, Per esempio. Questi scienziati spiegano la loro scoperta:

"Abbiamo scoperto che gli impulsi laser a femtosecondi possono modificare localmente e permanentemente la risonanza elettronica di un materiale. Per definizione matematica, l'IR dipende in modo esponenziale dalla risonanza elettronica del materiale in funzione delle frequenze luminose (o dei colori). Abbiamo quindi dimostrato che i circuiti fotonici potrebbero sfruttare questo fenomeno in una regione trasparente del materiale. In questa regione, la variazione di RI (che è alla base dei circuiti fotonici) può raggiungere un valore positivo molto grande, che consente la guida della luce in circuiti fotonici miniaturizzati."

"Scienziati europei hanno recentemente fabbricato componenti di computer quantistici utilizzando la scrittura laser. I dispositivi quantistici sono lunghi da 5 a 10 centimetri. La nostra scoperta suggerisce che gli stessi dispositivi quantistici potrebbero essere oltre 10 volte più piccoli. Questo è molto promettente poiché la capacità di calcolo di qualsiasi computer è direttamente proporzionale alla quantità di componenti su un chip, " hanno aggiunto.

Sorprendentemente, gli scienziati hanno osservato che i circuiti sono invisibili quando la luce rossa viene attraversata da essi. Hanno scoperto che i circuiti diventano invisibili per determinati colori a seconda del materiale e delle condizioni di scrittura laser. Gli scienziati spiegano il fenomeno utilizzando la stessa teoria che implica la variazione della risonanza elettronica. Questo nuovo concetto apre la strada ad applicazioni fotoniche invisibili, che potrebbe essere posizionato sugli schermi del telefono, parabrezza dell'auto, e display industriali.

"Abbiamo scoperto che il cambiamento di RI positivo indotto dalla variazione di risonanza elettronica può compensare esattamente il cambiamento di RI negativo indotto da un'espansione strutturale (entrambi causati dalla scrittura laser), con conseguente variazione di RI zero per determinati colori. Per quello che ci risulta, questo è un nuovo concetto di fabbricazione diretta di strutture invisibili. La benefica combinazione di un'elevata variazione di RI per le frequenze operative e l'invisibilità per le frequenze arcobaleno può aiutare a consentire diverse applicazioni invisibili negli schermi dei telefoni, Per esempio, "prevedono gli scienziati.