Äskettäin Margaux Chanal, tutkija Ranskasta, Qatarista, Venäjältä ja Kreikasta, julkaisi Nature Communications -lehden viimeisimmässä numerossa artikkelin Crossing the threshold of ultrafast laser write in bulk silicon. Aikaisemmissa yrityksissä kirjoittaa ultranopeita lasereita piihin, femtosekunnin laserit ovat tehneet läpimurtoja rakenteellisessa kyvyttömyydessä käsitellä bulkkipiitä. Äärimmäisten NA-arvojen käyttö mahdollistaa laserpulssien riittävän ionisaation tuhoamaan piin kemialliset sidokset, mikä johtaa pysyviin rakenteellisiin muutoksiin piimateriaaleissa.
1990-luvun lopulta lähtien tutkijat ovat kirjoittaneet femtosekuntilaserien ultralyhyitä pulsseja bulkkimateriaaleihin, joissa on laaja kaistaväli, jotka ovat yleensä eristeitä. Mutta tähän mennessä kapeakaistaisilla materiaaleilla, kuten piillä ja muilla puolijohdemateriaaleilla, ei ole mahdollista saavuttaa tarkkaa ultranopeaa laserkirjoitusta. Ihmiset ovat työskennelleet luodakseen lisää edellytyksiä 3D-laserkirjoituksen soveltamiselle Silicon Photonicsissa ja puolijohteiden uusien fysikaalisten ilmiöiden tutkimukselle laajentaakseen valtavia piisovellusten markkinoita.
Tässä kokeessa tutkijat havaitsivat, että vaikka femtosekuntilaserit nostaisivat laserenergian teknisesti maksimipulssivoimakkuuteen, bulkkipiitä ei voida käsitellä rakenteellisesti. Kuitenkin, kun femtosekundilaserit korvataan ultranopeilla lasereilla, induktoripiirakenteiden toiminnassa ei ole fyysisiä rajoituksia. He havaitsivat myös, että laserenergiaa on siirrettävä nopeasti väliaineessa, jotta voidaan minimoida epälineaarisen absorption menetys. Aikaisemmissa töissä havaitut ongelmat saivat alkunsa laserin pienestä numeerisesta aukosta (NA), joka on kulma-alue, jolla laser voidaan projisoida sen lähetettäessä ja tarkennettaessa. Tutkijat ratkaisivat numeerisen aukon ongelman käyttämällä piipalloa kiinteänä immersioväliaineena. Kun laser fokusoidaan pallon keskelle, piipallon taittuminen vaimenee kokonaan ja numeerinen aukko kasvaa huomattavasti, mikä ratkaisee piin fotonien kirjoittamisen ongelman.
Itse asiassa piifotoniikan sovelluksissa 3D-laserkirjoitus voi muuttaa suuresti suunnittelu- ja valmistusmenetelmiä piifotoniikan alalla. Piifotoniikkaa pidetään mikroelektroniikan seuraavana vallankumouksena, joka vaikuttaa laserin lopulliseen tietojenkäsittelynopeuteen sirutasolla. 3D-laserkirjoitustekniikan kehitys avaa oven mikroelektroniikan uuteen maailmaan.
