V zadnjih letih so raziskovalci iz različnih držav z integrirano fotoniko uspešno izvajali manipulacijo infrardečih svetlobnih valov in jih uporabili v visokohitrostnih omrežjih 5G, čipnih senzorjih in avtonomnih vozilih. Trenutno so raziskovalci z nenehnim poglabljanjem te raziskovalne smeri začeli izvajati poglobljeno zaznavanje krajših pasov vidne svetlobe in razvijati obsežnejše aplikacije, kot so LIDAR na ravni čipov, očala za AR/VR/MR (izboljšana/virtualna/hibridna) resničnost, 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 hkrati izpolnjevati zahteve po visoki prepustnosti in visoki modulaciji. Za izpolnitev te zahteve morajo tudi 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 zasnovala termooptični fazni modulator iz silicijevega nitrida, ki temelji na adiabatnem mikro obročastem resonatorju. Dokazala sta, da mikro obročasti resonator deluje v stanju močne sklopitve. Naprava lahko doseže fazno modulacijo z minimalnimi izgubami. V primerjavi z običajnimi valovodnimi faznimi modulatorji ima naprava vsaj za velikostni razred manjšo porabo prostora in energije. Sorodna vsebina je bila objavljena v reviji Nature Photonics.
Michal Lipson, vodilni strokovnjak na področju integrirane fotonike na osnovi silicijevega nitrida, je dejal: »Ključ do naše predlagane rešitve je uporaba optičnega resonatorja in delovanje v tako imenovanem stanju močne sklopitve.«
Optični resonator je zelo simetrična struktura, ki lahko pretvori majhno spremembo lomnega količnika v fazno spremembo skozi več ciklov svetlobnih žarkov. Na splošno ga lahko razdelimo na tri različna delovna stanja: »premalo sklopitve« in »premalo sklopitve«. »Kritično sklopitev« in »močno sklopitev«. Med njimi lahko »premalo sklopitve« zagotovi le omejeno fazno modulacijo in bo povzročilo nepotrebne spremembe amplitude, »kritično sklopitev« pa bo povzročilo znatno optično izgubo, kar bo 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". Moč sklopitve med mikroobročem in "vodilom" je vsaj desetkrat večja od izgube mikroobroča. Po seriji zasnov in optimizacije je končna struktura prikazana na spodnji sliki. To je resonančni obroč z zoženo širino. Ozek del valovoda izboljša optično moč sklopitve med "vodilom" in mikrotuljavo. Širok del valovoda Izguba svetlobe mikroobroča se zmanjša z zmanjšanjem optičnega sipanja stranske stene.
Heqing Huang, prvi avtor članka, je tudi dejal: »Zasnovali smo miniaturni, energetsko varčni in izjemno nizkoizgubni fazni modulator vidne svetlobe s polmerom le 5 μm in porabo energije π-fazne modulacije le 0,8 mW. Vnesena amplitudna sprememba je manjša od 10 %. Še redkeje pa 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 modulatorjev omogočala integracijo le 100 valovodnih faznih modulatorjev pri določeni velikosti čipa in porabni moči, lahko zdaj na istem čipu integriramo 10.000 faznih preklopnikov, da dosežemo bolj kompleksno delovanje.«
Skratka, to metodo načrtovanja je mogoče uporabiti za elektrooptične modulatorje za zmanjšanje zasedenega prostora in porabe napetosti. Uporablja se lahko tudi v drugih spektralnih območjih in pri drugih različnih zasnovah resonatorjev. Trenutno raziskovalna skupina sodeluje pri demonstraciji LIDAR-ja vidnega spektra, sestavljenega iz nizov faznih preklopnikov, ki temeljijo na takšnih mikroobročih. V prihodnosti se lahko uporabi tudi v številnih aplikacijah, kot so izboljšana optična nelinearnost, novi laserji in nova kvantna optika.
Vir članka: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Podjetje Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. s sedežem v kitajski "Silicijevi dolini" – Beijing Zhongguancun, je visokotehnološko podjetje, namenjeno domačim in tujim raziskovalnim ustanovam, raziskovalnim inštitutom, univerzam in podjetniškemu znanstvenoraziskovalnemu osebju. Naše podjetje se ukvarja predvsem z neodvisnimi raziskavami in razvojem, načrtovanjem, proizvodnjo in prodajo optoelektronskih izdelkov ter ponuja inovativne rešitve in profesionalne, prilagojene storitve za znanstvene raziskovalce in industrijske inženirje. Po letih neodvisnih inovacij je oblikovalo bogato in dovršeno serijo fotoelektričnih izdelkov, ki se pogosto uporabljajo v komunalni, vojaški, prometni, elektroenergetski, finančni, izobraževalni, medicinski in drugih panogah.
Veselimo se sodelovanja z vami!
Čas objave: 29. marec 2023