În ultimii ani, cercetătorii din diferite țări au folosit fotonică integrată pentru a realiza succesiv manipularea undelor de lumină infraroșie și pentru a le aplica în rețele 5G de mare viteză, senzori de cip și vehicule autonome. În prezent, odată cu aprofundarea continuă a acestei direcții de cercetare, cercetătorii au început să efectueze detectarea în profunzime a benzilor de lumină vizibile mai scurte și să dezvolte aplicații mai extinse, cum ar fi Lidar la nivel de Chip, AR/VR/MR (îmbunătățit/virtual/hibrid) ochelari, afișaje holografice, cipuri de prelucrare cuantică, probe optenetice implantate în creier, etc.
Integrarea pe scară largă a modulatorilor de fază optică este nucleul subsistemului optic pentru rutarea optică pe cip și modelul de undă a spațiului liber. Aceste două funcții primare sunt esențiale pentru realizarea diferitelor aplicații. Cu toate acestea, pentru modulatorii de fază optică din intervalul de lumină vizibil, este deosebit de dificil să îndeplinească cerințele de transmisie ridicată și modulare ridicată în același timp. Pentru a îndeplini această cerință, chiar și cele mai potrivite materiale de nitrură de siliciu și niobat de litiu trebuie să crească volumul și consumul de energie.
Pentru a rezolva această problemă, Michal Lipson și Nanfang Yu de la Universitatea Columbia au conceput un modulator de fază termo-optică de nitru de siliciu bazat pe rezonatorul adiabatic de micro-inel. Ei au dovedit că rezonatorul de micro-ring funcționează într-o stare de cuplare puternică. Dispozitivul poate obține modularea fazelor cu pierderi minime. În comparație cu modulatorii obișnuiți de fază de ghidare de undă, dispozitivul are cel puțin un ordin de reducere a mărimii în consumul de spațiu și energie. Conținutul aferent a fost publicat în Nature Photonics.
Michal Lipson, un expert principal în domeniul fotonicii integrate, bazat pe nitru de siliciu, a declarat: „Cheia soluției noastre propuse este să folosim un rezonator optic și să funcționăm într-o așa-numită stare de cuplare puternică.”
Resonatorul optic este o structură extrem de simetrică, care poate converti o modificare mică a indicelui de refracție într -o schimbare de fază prin mai multe cicluri de fascicule de lumină. În general, poate fi împărțit în trei state de lucru diferite: „sub cuplare” și „sub cuplare”. Cuplare critică ”și„ cuplare puternică ”. Printre aceștia, „sub cuplare” poate oferi doar o modulare în fază limitată și va introduce modificări de amplitudine inutile, iar „cuplarea critică” va provoca pierderi optice substanțiale, afectând astfel performanța reală a dispozitivului.
Pentru a obține o modulare completă a fazei 2π și o modificare minimă a amplitudinii, echipa de cercetare a manipulat microrarea într -o stare de „cuplare puternică”. Rezistența la cuplare între microring și „autobuz” este de cel puțin zece ori mai mare decât pierderea microringului. După o serie de proiecte și optimizare, structura finală este prezentată în figura de mai jos. Acesta este un inel rezonant cu o lățime conică. Partea îngustă a ghidului de undă îmbunătățește rezistența de cuplare optică între „autobuz” și micro-bobină. Partea largă de ghidare de undă Pierderea luminii microringului este redusă prin reducerea împrăștierii optice a peretelui lateral.
Heqing Huang, primul autor al lucrării, a mai spus: „Am conceput un modulator în miniatură, economisire de energie și un modulator de fază ușoară vizibilă cu pierdere extrem de scăzută, cu o rază de doar 5 μm și un consum de putere de modulare în fază π de doar 0,8 MW. Variația amplitudinii introduse este mai mică de 10%. Ceea ce este mai rar este faptul că acest modulator este la fel de eficient pentru cele mai dificile benzi albastre și verzi din spectrul vizibil. ”
Nanfang Yu a subliniat, de asemenea, că, deși sunt departe de a ajunge la nivelul de integrare a produselor electronice, munca lor a redus dramatic diferența dintre întrerupătoarele fotonice și întrerupătoarele electronice. „Dacă tehnologia anterioară a modulatorului a permis doar integrarea a 100 de modulatoare de fază de ghidare de undă, având în vedere o anumită amprentă a cipului și bugetul de putere, atunci putem acum să integrăm 10.000 de schimbătoare de faze pe același cip pentru a obține o funcție mai complexă.”
Pe scurt, această metodă de proiectare poate fi aplicată modulatorilor electro-optici pentru a reduce consumul de spațiu ocupat și tensiune. Poate fi utilizat și în alte intervale spectrale și în alte modele de rezonatori diferite. În prezent, echipa de cercetare cooperează pentru a demonstra spectrul vizibil LIDAR compus din tablouri de schimbător de faze bazate pe astfel de microringuri. În viitor, poate fi aplicat și la multe aplicații, cum ar fi neliniaritatea optică îmbunătățită, laserele noi și noile optice cuantice.
Sursa articolului: https: //mp.weixin.qq.com/s/O6ihstkmbpqkDov4Coukxa
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. Situat în „Silicon Valley” din China-Beijing Zhongguancun, este o întreprindere de înaltă tehnologie dedicată deservirea instituțiilor de cercetare internă și străină, a instituțiilor de cercetare, a universităților și a personalului de cercetare științifică. Compania noastră este angajată în principal în cercetarea și dezvoltarea independentă, proiectarea, fabricația, vânzările de produse optoelectronice și oferă soluții inovatoare și servicii profesionale, personalizate pentru cercetătorii științifici și inginerii industriali. După ani de inovație independentă, a format o serie bogată și perfectă de produse fotoelectrice, care sunt utilizate pe scară largă în industrie municipală, militară, de transport, electrică, finanțe, educație, medicală și alte industrii.
Așteptăm cu nerăbdare să cooperăm cu tine!
Timpul post: 29-2023 martie