Les dispositifs optiques à petite échelle capables d'utiliser des photons pour le traitement de l'information à grande vitesse peuvent être fabriqués avec une facilité et une précision sans précédent à l'aide d'un processus de fabrication additive développé à KAUST.

Les fibres optiques sont classiquement produites en étirant des filaments minces à partir de verre de silice fondu jusqu'à des dimensions microscopiques. En infusant ces fibres de longs canaux creux étroits, une nouvelle classe de dispositifs optiques appelés "fibres à cristaux photoniques" a été introduite. L'arrangement périodique des trous d'air dans ces fibres de cristal photonique agit comme des miroirs presque parfaits, permettant un piégeage et une longue propagation de la lumière dans leur noyau central.

"Les fibres de cristal photonique permettent de confiner la lumière dans des espaces très restreints, augmenter l'interaction optique, " explique Andrea Bertoncini, un post-doctorant travaillant avec Carlo Liberale. « Cela permet aux fibres de réduire massivement la distance de propagation nécessaire pour réaliser des fonctions optiques particulières, comme le contrôle de la polarisation ou la division de longueur d'onde."

L'une des méthodes utilisées par les chercheurs pour ajuster les propriétés optiques des fibres à cristaux photoniques consiste à faire varier la géométrie de leur section transversale, en modifiant la taille et la forme des tubes creux, ou en les arrangeant dans des conceptions fractales. Typiquement, ces motifs sont réalisés en effectuant le processus d'étirage sur des versions agrandies de la fibre finale. Toutes les géométries ne sont pas possibles avec cette méthode, cependant, en raison des effets de forces telles que la gravité et la tension superficielle.

Pour surmonter de telles limitations, le groupe s'est tourné vers une technologie d'impression tridimensionnelle (3D) de haute précision. En utilisant un laser pour transformer des polymères photosensibles en solides transparents, l'équipe a construit des fibres de cristal photonique couche par couche. Les caractérisations ont révélé que cette technique pouvait reproduire avec succès le motif géométrique de plusieurs types de fibres optiques microstructurées à des vitesses plus rapides que les fabrications conventionnelles.

Bertoncini explique que le nouveau processus facilite également la combinaison de plusieurs unités photoniques. Ils ont démontré cette approche en imprimant en 3D une série de segments de fibres à cristaux photoniques qui divisent les composants de polarisation des faisceaux lumineux en noyaux de fibres séparés. Une connexion conique fabriquée sur mesure entre le diviseur de faisceau et une fibre optique conventionnelle a assuré une intégration efficace de l'appareil.

"Les fibres de cristal photonique offrent aux scientifiques un type de "bouton de réglage" pour contrôler les propriétés de guidage de la lumière grâce à une conception géométrique, " dit Bertoncini. " Cependant, les gens n'exploitaient pas pleinement ces propriétés en raison des difficultés de produire des motifs de trous arbitraires avec des méthodes conventionnelles. Ce qui est surprenant, c'est que maintenant, avec notre approche, vous pouvez les fabriquer. Vous concevez le modèle 3D, vous l'imprimez, et c'est tout."