W ostatnich latach badacze z różnych krajów wykorzystali zintegrowaną fotonikę do sukcesywnej realizacji manipulacji falami światła podczerwonego i zastosowania ich w szybkich sieciach 5G, czujnikach chipowych i pojazdach autonomicznych.Obecnie, wraz z ciągłym pogłębianiem tego kierunku badań, badacze rozpoczęli dogłębną detekcję krótszych pasm światła widzialnego i opracowują bardziej rozbudowane zastosowania, takie jak LIDAR na poziomie chipa, AR/VR/MR (wzmocnione/wirtualne/ hybrydowa) Rzeczywistość) Okulary, wyświetlacze holograficzne, chipy do przetwarzania kwantowego, sondy optogenetyczne wszczepiane do mózgu itp.
Integracja na dużą skalę optycznych modulatorów fazy stanowi rdzeń podsystemu optycznego do routingu optycznego na chipie i kształtowania czoła fali w wolnej przestrzeni.Te dwie podstawowe funkcje są niezbędne do realizacji różnych zastosowań.Jednakże w przypadku optycznych modulatorów fazy w zakresie światła widzialnego szczególne wyzwanie stanowi spełnienie wymagań związanych z wysoką transmitancją i jednocześnie wysoką modulacją.Aby spełnić ten wymóg, nawet najbardziej odpowiednie materiały z 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 pracuje w stanie silnego sprzężenia.Urządzenie może osiągnąć modulację fazy przy minimalnych stratach.W porównaniu ze zwykłymi falowodowymi modulatorami fazy, urządzenie charakteryzuje się co najmniej o rząd wielkości zmniejszeniem przestrzeni i zużycia energii.Powiązane treści opublikowano w Nature Photonics.
Michał Lipson, czołowy ekspert w dziedzinie fotoniki zintegrowanej, opartej na azotku krzemu, powiedział: „Kluczem do proponowanego przez nas rozwiązania jest zastosowanie rezonatora optycznego i praca w tzw. stanie silnego sprzężenia”.
Rezonator optyczny to wysoce symetryczna konstrukcja, która może przekształcić niewielką zmianę współczynnika załamania światła w zmianę fazową w wyniku wielu cykli wiązek światła.Ogólnie można go podzielić na trzy różne stany pracy: „pod sprzęganiem” i „pod sprzęganiem”.Krytyczne sprzężenie” i „silne sprzężenie”.Wśród nich „niedostateczne sprzężenie” może zapewnić jedynie ograniczoną modulację fazy i spowoduje niepotrzebne zmiany amplitudy, a „krytyczne sprzężenie” spowoduje znaczne straty optyczne, wpływając w ten sposób na rzeczywistą wydajność urządzenia.
Aby uzyskać pełną modulację fazy 2π i minimalną zmianę amplitudy, zespół badawczy manipulował mikropierścieniem w stanie „silnego sprzężenia”.Siła sprzężenia pomiędzy mikroringiem a „szyną” jest co najmniej dziesięciokrotnie większa niż utrata mikroringu.Po serii projektów i optymalizacji ostateczną konstrukcję pokazano na poniższym rysunku.Jest to pierścień rezonansowy o zwężającej się szerokości.Wąska część falowodu poprawia siłę sprzężenia optycznego pomiędzy „szyną” a mikrocewką.Szeroka część falowodowa Strata światła w mikroringu jest zmniejszona poprzez zmniejszenie rozproszenia optycznego na ściance bocznej.
Heqing Huang, pierwszy autor artykułu, powiedział również: „Zaprojektowaliśmy miniaturowy, energooszczędny i wyjątkowo niskostratny modulator fazy światła widzialnego o promieniu zaledwie 5 μm i poborze mocy w modulacji fazy π wynoszącym zaledwie 0,8 mW.Wprowadzona zmiana amplitudy jest mniejsza niż 10%.Co rzadsze, modulator ten jest równie skuteczny w przypadku najtrudniejszych pasm niebieskich i zielonych w widmie widzialnym.
Nanfang Yu zwrócił także uwagę, że choć daleko im do poziomu integracji produktów elektronicznych, ich prace radykalnie zmniejszyły przepaść pomiędzy przełącznikami fotonicznymi a przełącznikami elektronicznymi.„Jeśli poprzednia technologia modulatorów pozwalała na integrację jedynie 100 falowodowych modulatorów fazy przy określonym rozmiarze chipa i budżecie mocy, wówczas możemy teraz zintegrować 10 000 przesuwników fazowych w tym samym chipie, aby osiągnąć bardziej złożoną funkcję”.
Krótko mówiąc, tę metodę projektowania można zastosować do modulatorów elektrooptycznych, aby zmniejszyć zajmowaną przestrzeń i zużycie napięcia.Można go również stosować w innych zakresach widmowych i innych różnych konstrukcjach rezonatorów.Obecnie zespół badawczy współpracuje nad zademonstrowaniem widma widzialnego LIDAR złożonego z układów przesuwników fazowych opartych na takich mikropierścieniach.W przyszłości będzie można go również zastosować do wielu zastosowań, takich jak zwiększona nieliniowość optyczna, nowe lasery i nowa optyka kwantowa.
Źródło artykułu: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. zlokalizowana w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun, to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo zajmujące się obsługą krajowych i zagranicznych instytucji badawczych, instytutów badawczych, uniwersytetów oraz personelu zajmującego się badaniami naukowymi w przedsiębiorstwach.Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją, sprzedażą produktów optoelektronicznych oraz zapewnia innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla badaczy naukowych i inżynierów przemysłowych.Po latach niezależnych innowacji stworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które są szeroko stosowane w gałęziach przemysłu komunalnego, wojskowego, transportowego, elektroenergetycznego, finansowego, edukacyjnego, medycznego i innych.
Nie możemy się doczekać współpracy z Tobą!
Czas publikacji: 29 marca 2023 r