3D中空光波导微观结构 | Nanoscribe微纳加工技术新应用
光波导是集成光子电路的关键元素，影响了光子学的许多领域，包括电信，医学，环境科学等。对于小型几何尺寸结构而言，低折射率介质内部的高效波导对于各种需要光与物质间的强相互作用的应用都至关重要。
最近，一个国际研究团队提出了一种全新的限制并引导厘米范围内无衍射光的芯片光笼概念。通过使用德国Nanoscribe公司的3D打印系统，科学家们实现了直接在硅基光子芯片上制作中空3D光波导的微观结构，即集成于芯片的用细条排列并围绕成中空的双环结构（见下图）。这项新颖的光笼研究成果能展现光与物质的强相互作用，并开辟全新的应用，例如基于气体和液体的检测以及生物分析和量子技术等。
集成光子设备中光与气体、液体或者生物制剂之间的强相互作用能有效应用于环境监测和生物传感器中，而这依赖于先进的光学传感元件来增强光与物质的相互作用。为此，来自于布莱尼兹光子技术研究所（Leibniz
Institute of Photonic Technology）， LMU慕尼黑大学
(Ludwig-Maximilians-Universität Munich), 伦敦帝国理工学院（Imperial College
London）以及德国耶拿大学奥托肖特材料研究所（Otto Schott Institute of Materials Research of
theFriedrich Schiller University of
Jena）的科学家们开创了一种新的3D光笼波导概念。该实验是通过波导借助微观细条捕获光，并借助光子带隙效应将其引导到数毫米距离上。光笼的开放式设计有利于光与物质（例如液体或气体分子）之间的强相互作用。
3D微纳加工应用于光波导研究
科学家们将细条排列成内外两个六边形结构，其中的中空芯用来引导光束。细条直径仅有3.6 µm，细条之间的间距为7 µm，长度为5毫米，纵横比超过1000。该复杂的双环体系光笼微观结构需要直接能打印在硅芯片上。这个十分具有挑战性的制作通过使用德国Nanoscribe公司的3D打印系统成功得以实现。
这个3D微观结构的设计能够通过细条之间的空间横向进入波导的核心区域。因此，分子可以从侧面进入中空芯并与核心区域的光进行相互作用。独特的侧面通过方式可将气体扩散时间至少缩短了10000倍。性能测试表明，通过3D光笼的波导效率很高，并且研究证明波导长度可达到3cm，纵横比超过8000。集成芯片使得光笼概念在诸如生物分析或量子技术等众多领域都有很好的应用前景。
凭借着拥有极其复杂和超高精度的3D打印技术，Nanoscribe公司的3D微纳加工技术推动着光子电路的研究和创新。三维光子晶体，光子互联以及复合透镜系统和自由曲面耦合器的实现都得益于Nanoscribe的3D打印系统。
科研相关文献：
Light guidance in photonic band gap guiding dual-ring lightcages implemented by direct laser writing
HollowCore Light Cage: Trapping Light Behind Bars
-
综述
