W ostatnich latach naukowcy z różnych krajów wykorzystali zintegrowaną fotonikę do sukcesywnego realizowania manipulacji falami światła podczerwonego i stosowania ich w szybkich sieciach 5G, czujnikach chipowych i pojazdach autonomicznych. Obecnie, wraz z ciągłym pogłębianiem tego kierunku badań, naukowcy zaczęli przeprowadzać dogłębną detekcję krótszych pasm światła widzialnego i rozwijać bardziej rozbudowane aplikacje, takie jak LIDAR na poziomie chipa, okulary AR/VR/MR (rozszerzona/wirtualna/hybrydowa) Rzeczywistość, wyświetlacze holograficzne, chipy przetwarzania kwantowego, sondy optogenetyczne wszczepiane do mózgu itp.
Wielkoskalowa integracja optycznych modulatorów fazowych stanowi rdzeń podsystemu optycznego do trasowania optycznego na chipie i kształtowania frontu fali w wolnej przestrzeni. Te dwie podstawowe funkcje są niezbędne do realizacji różnych zastosowań. Jednak w przypadku optycznych modulatorów fazowych w zakresie światła widzialnego spełnienie wymagań wysokiej transmisji i wysokiej modulacji w tym samym czasie jest szczególnie trudne. Aby spełnić ten wymóg, nawet najbardziej odpowiednie materiały azotku krzemu i niobianu litu muszą zwiększać objętość i zużycie energii.
Aby rozwiązać ten problem, Michal Lipson i Nanfang Yu z Columbia University zaprojektowali termooptyczny modulator fazy z azotku krzemu oparty na adiabatycznym rezonatorze mikropierścieniowym. Udowodnili, że rezonator mikropierścieniowy działa w stanie silnego sprzężenia. Urządzenie może osiągnąć modulację fazy przy minimalnej stracie. W porównaniu ze zwykłymi modulatorami fazy falowodowej urządzenie ma co najmniej rząd wielkości redukcji przestrzeni i zużycia energii. Powiązane treści zostały opublikowane w Nature Photonics.
Michal Lipson, wiodący ekspert w dziedzinie zintegrowanej fotoniki, bazującej na azotku krzemu, powiedział: „Kluczem do naszego proponowanego rozwiązania jest użycie rezonatora optycznego i praca w tzw. silnym stanie sprzężenia”.
Rezonator optyczny jest wysoce symetryczną strukturą, która może przekształcić niewielką zmianę współczynnika refrakcji w zmianę fazy poprzez wiele cykli wiązek światła. Generalnie można go podzielić na trzy różne stany robocze: „pod sprzężeniem” i „pod sprzężeniem”. Krytyczne sprzężenie” i „silne sprzężenie”. Spośród nich „pod sprzężeniem” może zapewnić jedynie ograniczoną modulację fazy i wprowadzi niepotrzebne zmiany amplitudy, a „krytyczne sprzężenie” spowoduje znaczną stratę optyczną, wpływając tym samym na rzeczywistą wydajność urządzenia.
Aby osiągnąć pełną modulację fazy 2π i minimalną zmianę amplitudy, zespół badawczy manipulował mikropierścieniem w stanie „silnego sprzężenia”. Siła sprzężenia między mikropierścieniem a „szyną” jest co najmniej dziesięć razy większa niż strata mikropierścienia. Po serii projektów i optymalizacji ostateczna struktura jest pokazana na poniższym rysunku. Jest to pierścień rezonansowy o zwężającej się szerokości. Wąska część falowodu poprawia siłę sprzężenia optycznego między „szyną” a mikrocewką. Szeroka część falowodu Strata światła mikropierścienia jest zmniejszona poprzez zmniejszenie rozpraszania optycznego ściany bocznej.
Heqing Huang, pierwszy autor artykułu, powiedział również: „Zaprojektowaliśmy miniaturowy, energooszczędny i niezwykle niskostratny modulator fazy światła widzialnego o promieniu zaledwie 5 μm i poborze mocy modulacji fazy π wynoszącym zaledwie 0,8 mW. Wprowadzona zmienność amplitudy wynosi mniej niż 10%. Co rzadsze, ten modulator jest równie skuteczny w przypadku najtrudniejszych pasm niebieskich i zielonych w widmie widzialnym”.
Nanfang Yu zauważył również, że chociaż są daleko od osiągnięcia poziomu integracji produktów elektronicznych, ich praca radykalnie zmniejszyła lukę między przełącznikami fotonicznymi a przełącznikami elektronicznymi. „Jeśli poprzednia technologia modulatora pozwalała jedynie na integrację 100 falowodowych modulatorów fazowych przy określonym rozmiarze chipa i budżecie mocy, to teraz możemy zintegrować 10 000 przesuwników fazowych na tym samym chipie, aby osiągnąć bardziej złożoną funkcję”.
Krótko mówiąc, tę metodę projektowania można stosować do modulatorów elektrooptycznych w celu zmniejszenia zajmowanej przestrzeni i poboru napięcia. Można jej również używać w innych zakresach widmowych i innych różnych konstrukcjach rezonatorów. Obecnie zespół badawczy współpracuje w celu zademonstrowania widzialnego widma LIDAR złożonego z układów przesuwników fazowych opartych na takich mikropierścieniach. W przyszłości może być ona również stosowana w wielu zastosowaniach, takich jak ulepszona nieliniowość optyczna, nowe lasery i nowa optyka kwantowa.
Źródło artykułu: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. z siedzibą w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun, jest przedsiębiorstwem high-tech, które zajmuje się obsługą krajowych i zagranicznych instytucji badawczych, instytutów badawczych, uniwersytetów i personelu naukowego przedsiębiorstw. Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją, sprzedażą produktów optoelektronicznych oraz dostarcza innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla naukowców i inżynierów przemysłowych. Po latach niezależnej innowacji utworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które są szeroko stosowane w przemyśle komunalnym, wojskowym, transportowym, energetycznym, finansowym, edukacyjnym, medycznym i innych.
Czekamy na współpracę z Państwem!
Czas publikacji: 29-03-2023