V posledných rokoch výskumníci z rôznych krajín použili integrovanú fotoniku, aby postupne realizovali manipuláciu s infračervenými svetelnými vlnami a aplikovali ich na vysokorýchlostné siete 5G, čipové senzory a autonómne vozidlá.V súčasnosti, s neustálym prehlbovaním tohto smeru výskumu, výskumníci začali vykonávať hĺbkovú detekciu kratších pásov viditeľného svetla a vyvíjali rozsiahlejšie aplikácie, ako napríklad LIDAR na úrovni čipu, AR/VR/MR (vylepšené/virtuálne/ hybrid) Realita) Okuliare, holografické displeje, čipy na kvantové spracovanie, optogenetické sondy implantované do mozgu atď.
Rozsiahla integrácia optických fázových modulátorov je jadrom optického subsystému pre optické smerovanie na čipe a tvarovanie čela vlny vo voľnom priestore.Tieto dve primárne funkcie sú nevyhnutné pre realizáciu rôznych aplikácií.Avšak pre optické fázové modulátory v oblasti viditeľného svetla je obzvlášť náročné splniť požiadavky vysokej priepustnosti a vysokej modulácie súčasne.Na splnenie tejto požiadavky musia aj tie najvhodnejšie materiály z nitridu kremíka a niobátu lítneho zvýšiť objem a spotrebu energie.
Na vyriešenie tohto problému Michal Lipson a Nanfang Yu z Kolumbijskej univerzity navrhli termooptický fázový modulátor z nitridu kremíka založený na adiabatickom mikrokruhovom rezonátore.Dokázali, že mikrokruhový rezonátor pracuje v silnom väzobnom stave.Zariadenie môže dosiahnuť fázovú moduláciu s minimálnou stratou.V porovnaní s bežnými fázovými modulátormi vlnovodu má zariadenie aspoň rádovo zmenšenie priestoru a spotreby energie.Súvisiaci obsah bol publikovaný v Nature Photonics.
Michal Lipson, popredný odborník v oblasti integrovanej fotoniky na báze nitridu kremíka, povedal: „Kľúčom k nami navrhovanému riešeniu je použitie optického rezonátora a fungovanie v takzvanom silnom väzobnom stave.“
Optický rezonátor je vysoko symetrická štruktúra, ktorá dokáže previesť malú zmenu indexu lomu na fázovú zmenu prostredníctvom viacerých cyklov svetelných lúčov.Vo všeobecnosti sa dá rozdeliť do troch rôznych pracovných stavov: „pod spojením“ a „pod spojením“.Kritická väzba“ a „silná väzba“.Medzi nimi „pod väzbou“ môže poskytnúť iba obmedzenú fázovú moduláciu a zavedie zbytočné zmeny amplitúdy a „kritická väzba“ spôsobí značné optické straty, čím ovplyvní skutočný výkon zariadenia.
Na dosiahnutie úplnej 2π fázovej modulácie a minimálnej zmeny amplitúdy výskumný tím manipuloval s mikrokrúžkom v stave „silnej väzby“.Sila spojenia medzi mikrokrúžkom a „zbernicou“ je najmenej desaťkrát vyššia ako strata mikrokrúžku.Po sérii návrhov a optimalizácii je konečná štruktúra znázornená na obrázku nižšie.Jedná sa o rezonančný prsteň so zúženou šírkou.Úzka vlnovodná časť zlepšuje optickú pevnosť spojenia medzi „zbernicou“ a mikrocievkou.Široká vlnovodná časť Strata svetla mikrokrúžku je znížená znížením optického rozptylu bočnej steny.
Heqing Huang, prvý autor článku, tiež povedal: „Navrhli sme miniatúrny, energeticky úsporný a extrémne nízkostratový fázový modulátor viditeľného svetla s polomerom iba 5 μm a spotrebou energie π-fázovej modulácie iba 0,8 mW.Zavedená odchýlka amplitúdy je menšia ako 10 %.Zriedkavejšie je, že tento modulátor je rovnako účinný pre najťažšie modré a zelené pásma vo viditeľnom spektre.“
Nanfang Yu tiež poukázal na to, že hoci ani zďaleka nedosahujú úroveň integrácie elektronických produktov, ich práca dramaticky zmenšila priepasť medzi fotonickými prepínačmi a elektronickými prepínačmi.„Ak predchádzajúca technológia modulátora umožňovala integráciu iba 100 fázových modulátorov vlnovodu vzhľadom na určitú stopu čipu a energetický rozpočet, potom môžeme teraz integrovať 10 000 fázových posúvačov na ten istý čip, aby sme dosiahli komplexnejšiu funkciu.
Stručne povedané, táto metóda návrhu môže byť aplikovaná na elektrooptické modulátory na zníženie obsadeného priestoru a spotreby napätia.Môže byť tiež použitý v iných spektrálnych rozsahoch a iných rôznych dizajnoch rezonátorov.V súčasnosti výskumný tím spolupracuje na demonštrácii viditeľného spektra LIDAR zloženého z polí fázového posunu založených na takýchto mikrokrúžkoch.V budúcnosti sa môže použiť aj v mnohých aplikáciách, ako je vylepšená optická nelinearita, nové lasery a nová kvantová optika.
Zdroj článku: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. so sídlom v čínskom „Silicon Valley“ – Beijing Zhongguancun, je high-tech podnik zameraný na poskytovanie služieb domácim a zahraničným výskumným inštitúciám, výskumným ústavom, univerzitám a podnikovým vedeckým výskumným pracovníkom.Naša spoločnosť sa zaoberá hlavne nezávislým výskumom a vývojom, dizajnom, výrobou, predajom optoelektronických produktov a poskytuje inovatívne riešenia a profesionálne personalizované služby pre vedeckých výskumníkov a priemyselných inžinierov.Po rokoch nezávislých inovácií vytvorila bohatú a dokonalú sériu fotoelektrických produktov, ktoré sa široko používajú v komunálnom, vojenskom, dopravnom, elektroenergetike, financiách, školstve, zdravotníctve a iných odvetviach.
Tešíme sa na spoluprácu s Vami!
Čas odoslania: 29. marca 2023