VCSELs with liquid crystals for wavelength tuning, switching and sensing

Probleemstelling:

Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (kortweg VCSELs) zijn halfgeleider lasers die momenteel toegepast worden voor optische telecommunicatie met hoge bandbreedte en optische sensoren. Doordat ze emitteren loodrecht op het vlak van het substraat (in tegenstelling tot de klassieke 'edge emitting laserdiodes') bieden ze een aantal belangrijke voordelen zoals goede bundelkwaliteit, hoge efficiëntie en mogelijkheid tot massaproductie. Zeer recent (maart 2012) heeft IBM de 'Holey Optochip' voorgesteld met 1 Tbit/s doorvoersnelheid gebaseerd op VCSELs (http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/37095.wss).

De integratie van componenten op chipniveau gebeurt op basis van beschikbare technologieën binnen het Centrum voor Microsysteem Technologie (CMST, http://www.cmst.be). Miniaturisatie van zowel de componenten als de bijhorende verpakking maakt het mogelijk om zeer kleine en draagbare toepassingen te beoogen. Het integratieproces start met het verdunnen en polijsten van de VCSEL chip tot een einddikte van 20 μm. Funtionaliteit en betrouwbaarheid van de component blijven hierbij gewaarborgd. Om de verdunde chip vervolgens te kunnen integreren in een ultra-dunne verpakking, worden verschillende dunne film lagen boven elkaar aangebracht op een glassubstraat. Deze lagen bestaan typisch uit transparante polymeren waarvan dikte en profiel heel precies kunnen gecontroleerd worden. Vias naar de chip zijn noodzakelijk om de elektrische interconnectie te voorzien. Metallisatie van deze vias zorgt voor een bredere uitwaaiering van de elektrische contacten zodat een externe aansturing kan gebruikt worden.

Anderzijds is de Liquid Crystals & Photonics group (http://lcp.elis.ugent.be) actief in het combineren van VCSELs met een vloeibaar-kristal toplaag. Door deze elektro-optische laag op de VCSEL te leggen kan de polarisatie van het uitgezonden licht aangepast worden. Maar interessanter is het feit dat het vloeibaar kristal in een externe caviteit gestoken worden van de laser, zodat het lasing proces zelf kan beïnvloed worden.

Het is duidelijk dat de CMST groep grote expertise heeft in technologische aspecten, terwijl de LCP groep vooral werkt op nieuwe fysische fenomenen die kunnen optreden in VCSELs. Het is de bedoeling dat in deze thesis, beide expertises worden gebruikt om te komen tot een massa-produceerbare VCSEL met vloeibaar kristallaag.


 

Doelstelling:

In deze masterproef is het de bedoeling om een opto-elektronische component, bijvoorbeeld een verticaal emitterende laser (VCSEL), verpakt in een flexibel polymeer, te combineren met vloeibaar kristal. De polarisatie en golflengte van het uitgezonden laserlicht kunnen op deze manier gestuurd worden. Verschillende toepassingen zijn mogelijk:

  • optische vezelsensoren met spectrale encodering van de sensorinformatie
  • reconfigureerbare optische interconnecties 
Afhankelijk van de interesse van de student kan de nadruk van de thesis liggen op technologische aspecten, fysische fenomenen of toepassingsgericht onderzoek.

Trefwoorden:

lasers, liquid crystals, optical materials, photonics 

Locatie:

Ardoyen CMST ,thuis ,technicum