V zadnjih letih so raziskovalci iz različnih držav uporabili integrirano fotoniko za zaporedno realizacijo manipulacije infrardečih svetlobnih valov in njihovo uporabo v omrežjih visoke hitrosti 5G, senzorjih čipov in avtonomnih vozilih. Trenutno so raziskovalci z nenehnim poglabljanjem te raziskovalne smeri začeli izvajati poglobljeno detekcijo krajših pasov vidne svetlobe in razvijati obsežnejše aplikacije, kot so LIDAR na ravni čipa, AR/VR/MR (izboljšano/virtualno/ hibrid) Realnost) Očala, holografski zasloni, čipi za kvantno obdelavo, optogenetske sonde, vsajene v možgane itd.
Obsežna integracija optičnih faznih modulatorjev je jedro optičnega podsistema za optično usmerjanje na čipu in oblikovanje valovne fronte v prostem prostoru. Ti dve primarni funkciji sta bistveni za realizacijo različnih aplikacij. Vendar pa je za optične fazne modulatorje v območju vidne svetlobe še posebej zahtevno izpolniti zahteve visoke prepustnosti in visoke modulacije hkrati. Za izpolnitev te zahteve morajo celo najprimernejši materiali iz silicijevega nitrida in litijevega niobata povečati prostornino in porabo energije.
Da bi rešili ta problem, sta Michal Lipson in Nanfang Yu z univerze Columbia oblikovala termooptični fazni modulator iz silicijevega nitrida, ki temelji na adiabatnem resonatorju z mikro obročki. Dokazali so, da mikroobročni resonator deluje v stanju močne sklopitve. Naprava lahko doseže fazno modulacijo z minimalnimi izgubami. V primerjavi z navadnimi valovodnimi faznimi modulatorji ima naprava vsaj za red velikosti zmanjšanje prostora in porabe energije. Povezana vsebina je bila objavljena v Nature Photonics.
Michal Lipson, vodilni strokovnjak na področju integrirane fotonike, ki temelji na silicijevem nitridu, je dejal: "Ključ naše predlagane rešitve je uporaba optičnega resonatorja in delovanje v tako imenovanem stanju močne sklopitve."
Optični resonator je zelo simetrična struktura, ki lahko majhno spremembo lomnega količnika pretvori v fazno spremembo z več cikli svetlobnih žarkov. Na splošno ga lahko razdelimo na tri različna delovna stanja: »pod sklopko« in »pod sklopko«. Kritično spajanje« in »močno spajanje«. Med njimi lahko "nezadostno spajanje" zagotovi le omejeno fazno modulacijo in bo uvedlo nepotrebne spremembe amplitude, "kritično spajanje" pa bo povzročilo znatno optično izgubo in s tem vplivalo na dejansko delovanje naprave.
Da bi dosegli popolno 2π fazno modulacijo in minimalno spremembo amplitude, je raziskovalna skupina manipulirala z mikroobročem v stanju "močne sklopitve". Sklopna moč med mikroobročem in "busom" je vsaj desetkrat večja od izgube mikroobroča. Po vrsti načrtovanja in optimizacije je končna struktura prikazana na spodnji sliki. To je resonančni obroč s zoženo širino. Ozek del valovoda izboljša moč optičnega sklopa med "busom" in mikrotuljavo. Širok valovodni del Izguba svetlobe mikroobroča se zmanjša z zmanjšanjem optičnega sipanja stranske stene.
Heqing Huang, prvi avtor prispevka, je še dejal: »Zasnovali smo miniaturni, energijsko varčen fazni modulator vidne svetlobe z izredno nizkimi izgubami s polmerom samo 5 μm in porabo energije modulacije π-faze samo 0,8 mW. Vnesena variacija amplitude je manjša od 10 %. Redkeje je, da je ta modulator enako učinkovit za najtežje modre in zelene pasove v vidnem spektru.«
Nanfang Yu je tudi poudaril, da čeprav še zdaleč niso dosegli ravni integracije elektronskih izdelkov, je njihovo delo dramatično zmanjšalo vrzel med fotonskimi in elektronskimi stikali. "Če je prejšnja tehnologija modulatorja dovoljevala samo integracijo 100 valovodnih faznih modulatorjev glede na določen odtis čipa in proračun moči, potem lahko zdaj integriramo 10.000 faznih prestavnikov na istem čipu, da dosežemo bolj zapleteno funkcijo."
Skratka, to metodo načrtovanja je mogoče uporabiti za elektrooptične modulatorje za zmanjšanje zasedenega prostora in porabe napetosti. Lahko se uporablja tudi v drugih spektralnih območjih in drugih različnih oblikah resonatorjev. Trenutno raziskovalna skupina sodeluje pri predstavitvi LIDAR vidnega spektra, sestavljenega iz nizov faznih prestavnikov, ki temeljijo na takšnih mikroobročih. V prihodnosti ga bo mogoče uporabiti tudi za številne aplikacije, kot so izboljšana optična nelinearnost, novi laserji in nova kvantna optika.
Vir članka: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. s sedežem v kitajski »Silicijevi dolini« – Beijing Zhongguancun, je visokotehnološko podjetje, namenjeno oskrbi domačih in tujih raziskovalnih ustanov, raziskovalnih inštitutov, univerz in osebja za znanstvene raziskave podjetij. Naše podjetje se v glavnem ukvarja z neodvisnimi raziskavami in razvojem, oblikovanjem, proizvodnjo, prodajo optoelektronskih izdelkov ter zagotavljanjem inovativnih rešitev in profesionalnih, personaliziranih storitev za znanstvene raziskovalce in industrijske inženirje. Po letih neodvisnih inovacij je oblikoval bogato in popolno serijo fotoelektričnih izdelkov, ki se pogosto uporabljajo v komunalni, vojaški, transportni, elektroenergetski, finančni, izobraževalni, medicinski in drugih panogah.
Veselimo se sodelovanja z vami!
Čas objave: 29. marec 2023