Az elmúlt években a különböző országok kutatói integrált fotonikát alkalmaztak az infravörös fényhullámok manipulálására, és nagy sebességű 5G hálózatokra, chip-érzékelőkre és autonóm járművekre való alkalmazására.Jelenleg ennek a kutatási iránynak a folyamatos elmélyülésével a kutatók megkezdték a rövidebb látható fénysávok mélyreható detektálását és kiterjedtebb alkalmazások fejlesztését, mint például a chip szintű LIDAR, AR/VR/MR (enhanced/virtual/). hibrid) Valóság) Szemüvegek, holografikus kijelzők, kvantumfeldolgozó chipek, agyba ültetett optogenetikai szondák stb.
Az optikai fázismodulátorok nagyszabású integrációja a chipen belüli optikai útválasztás és a szabad tér hullámfront alakításának optikai alrendszerének magja.Ez a két elsődleges funkció elengedhetetlen a különböző alkalmazások megvalósításához.A látható fény tartományában lévő optikai fázismodulátorok esetében azonban különösen nagy kihívást jelent egyszerre teljesíteni a nagy áteresztőképesség és a nagy moduláció követelményeit.Ennek a követelménynek a teljesítéséhez még a legmegfelelőbb szilícium-nitrid és lítium-niobát anyagok esetében is növelni kell a térfogatot és az energiafogyasztást.
A probléma megoldására Michal Lipson és Nanfang Yu, a Columbia Egyetem munkatársa egy szilícium-nitrid termooptikai fázismodulátort tervezett, amely az adiabatikus mikrogyűrűs rezonátoron alapul.Bebizonyították, hogy a mikrogyűrűs rezonátor erős csatolású állapotban működik.A készülék minimális veszteséggel képes fázismodulációt elérni.A hagyományos hullámvezető fázismodulátorokhoz képest az eszköz legalább egy nagyságrenddel csökkenti a hely- és energiafogyasztást.A kapcsolódó tartalmat a Nature Photonics közölte.
Michal Lipson, a szilícium-nitrid alapú integrált fotonika területének vezető szakértője elmondta: „A javasolt megoldásunk kulcsa egy optikai rezonátor használata és az úgynevezett erős csatolású működés.”
Az optikai rezonátor egy nagyon szimmetrikus szerkezet, amely egy kis törésmutató-változást képes fázisváltozássá alakítani több fénysugár cikluson keresztül.Általában három különböző működési állapotra osztható: „csatolás alatt” és „csatolás alatt”.Kritikus csatolás” és „erős csatolás”.Ezek közül az „alul csatolás” csak korlátozott fázismodulációt tud biztosítani, és szükségtelen amplitúdó-változásokat vezet be, a „kritikus csatolás” pedig jelentős optikai veszteséget okoz, ami befolyásolja az eszköz tényleges teljesítményét.
A teljes 2π fázismoduláció és a minimális amplitúdóváltozás elérése érdekében a kutatócsoport „erős csatolású” állapotban manipulálta a mikrogyűrűt.A mikrogyűrű és a „busz” közötti csatolási szilárdság legalább tízszer nagyobb, mint a mikrogyűrű vesztesége.Tervezéssorozat és optimalizálás után a végleges struktúra az alábbi ábrán látható.Ez egy kúpos szélességű rezonáns gyűrű.A keskeny hullámvezető rész javítja az optikai csatolás erősségét a „busz” és a mikrotekercs között.A széles hullámvezető rész A mikrogyűrű fényvesztesége az oldalfal optikai szóródásának csökkentésével csökkenthető.
Heqing Huang, a cikk első szerzője azt is elmondta: „Egy miniatűr, energiatakarékos és rendkívül alacsony veszteségű látható fény fázismodulátort terveztünk, amelynek sugara mindössze 5 μm, és π-fázisú modulációs energiafogyasztása mindössze 0,8 mW.A bevezetett amplitúdóváltozás kisebb, mint 10%.Ami ritkább, hogy ez a modulátor egyformán hatékony a látható spektrum legnehezebb kék és zöld sávjainál is.”
Nanfang Yu arra is felhívta a figyelmet, hogy bár még messze nem érik el az elektronikai termékek integrációjának szintjét, munkájukkal drámai mértékben csökkentették a fotonikus kapcsolók és az elektronikus kapcsolók közötti különbséget."Ha a korábbi modulátortechnológia csak 100 hullámvezető fázismodulátor integrálását tette lehetővé bizonyos chip-területtel és teljesítmény-költségvetés mellett, akkor most már 10 000 fázisváltót integrálhatunk ugyanarra a chipre, hogy összetettebb funkciót érjünk el."
Röviden, ez a tervezési módszer alkalmazható elektro-optikai modulátorokra az elfoglalt hely és a feszültségfogyasztás csökkentése érdekében.Más spektrumtartományokban és más különböző rezonátor-kialakításokban is használható.Jelenleg a kutatócsoport együttműködik az ilyen mikrogyűrűkre épülő fázisváltó tömbökből álló látható spektrumú LIDAR bemutatásán.A jövőben számos alkalmazásban is alkalmazható, mint például a továbbfejlesztett optikai nemlinearitás, az új lézerek és az új kvantumoptika.
A cikk forrása: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
A kínai „Szilícium-völgyben” – Peking Zhongguancun – található Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. egy high-tech vállalkozás, amely hazai és külföldi kutatóintézetek, kutatóintézetek, egyetemek és vállalati tudományos kutatószemélyzet kiszolgálására irányul.Cégünk elsősorban optoelektronikai termékek független kutatás-fejlesztésével, tervezésével, gyártásával, értékesítésével foglalkozik, innovatív megoldásokat és professzionális, személyre szabott szolgáltatásokat nyújt tudományos kutatók és ipari mérnökök számára.Évekig tartó független innováció után a fotoelektromos termékek gazdag és tökéletes sorozatát hozta létre, amelyeket széles körben használnak az önkormányzati, katonai, közlekedési, villamos energia, pénzügy, oktatás, orvosi és egyéb iparágakban.
Várjuk az együttműködést Önnel!
Feladás időpontja: 2023. március 29