În ultimii ani, cercetătorii din diverse țări au folosit fotonica integrată pentru a realiza succesiv manipularea undelor de lumină infraroșie și a le aplica rețelelor 5G de mare viteză, senzorilor cu cip și vehiculelor autonome. În prezent, odată cu aprofundarea continuă a acestei direcții de cercetare, cercetătorii au început să efectueze detectarea în profunzime a benzilor de lumină vizibilă mai scurte și să dezvolte aplicații mai extinse, cum ar fi LIDAR la nivel de cip, AR/VR/MR (îmbunătățit/virtual/). hibrid) Realitatea) Ochelari, display-uri holografice, cipuri de procesare cuantică, sonde optogenetice implantate în creier etc.
Integrarea la scară largă a modulatorilor de fază optică este nucleul subsistemului optic pentru rutarea optică pe cip și modelarea frontului de undă în spațiul liber. Aceste două funcții primare sunt esențiale pentru realizarea diferitelor aplicații. Cu toate acestea, pentru modulatoarele optice de fază în domeniul luminii vizibile, este deosebit de dificil să se îndeplinească cerințele de transmisie ridicată și modulație ridicată în același timp. Pentru a îndeplini această cerință, chiar și cele mai potrivite materiale cu nitrură de siliciu și niobat de litiu trebuie să mărească volumul și consumul de energie.
Pentru a rezolva această problemă, Michal Lipson și Nanfang Yu de la Universitatea Columbia au proiectat un modulator de fază termo-optic cu nitrură de siliciu bazat pe rezonatorul micro-inel adiabatic. Ei au demonstrat că rezonatorul micro-ring funcționează într-o stare de cuplare puternică. Dispozitivul poate realiza modularea de fază cu pierderi minime. În comparație cu modulatoarele de fază obișnuite cu ghid de undă, dispozitivul are cel puțin o reducere de ordin de mărime a spațiului și a consumului de energie. Conținutul aferent a fost publicat în Nature Photonics.
Michal Lipson, un expert de top în domeniul fotonicii integrate, bazată pe nitrură 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”.
Rezonatorul optic este o structură foarte simetrică, care poate converti o mică modificare a indicelui de refracție într-o schimbare de fază prin mai multe cicluri de fascicule de lumină. În general, poate fi împărțit în trei stări de lucru diferite: „sub cuplare” și „sub cuplare”. Cuplare critică” și „cuplare puternică”. Printre acestea, „sub cuplare” poate oferi doar o modulare de fază limitată și va introduce modificări inutile de amplitudine, iar „cuplarea critică” va provoca pierderi optice substanțiale, afectând astfel performanța reală a dispozitivului.
Pentru a obține o modulare completă de fază de 2π și o schimbare minimă a amplitudinii, echipa de cercetare a manipulat microring-ul într-o stare de „cuplare puternică”. Forța de cuplare dintre microring și „bus” este de cel puțin zece ori mai mare decât pierderea microringului. După o serie de proiecte și optimizări, 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 puterea de cuplare optică între „autobuz” și micro-bobină. Partea lată a ghidului de undă Pierderea de lumină a microringului este redusă prin reducerea împrăștierii optice a peretelui lateral.
Heqing Huang, primul autor al lucrării, a mai spus: „Am proiectat un modulator de fază a luminii vizibile în miniatură, care economisește energie și cu pierderi extrem de reduse, cu o rază de numai 5 μm și un consum de energie de modulare în fază π de numai 0,8 mW. Variația de amplitudine introdusă este mai mică de 10%. Ceea ce este mai rar este că acest modulator este la fel de eficient pentru cele mai dificile benzi albastre și verzi din spectrul vizibil.”
Nanfang Yu a mai subliniat că, deși sunt departe de a atinge nivelul de integrare a produselor electronice, munca lor a redus dramatic decalajul dintre comutatoarele fotonice și întrerupătoarele electronice. „Dacă tehnologia anterioară a modulatorului permitea doar integrarea a 100 de modulatoare de fază cu ghid de undă, având în vedere o anumită amprentă a cipului și un buget de putere, atunci putem integra acum 10.000 de schimbători de fază pe același cip pentru a obține o funcție mai complexă.”
Pe scurt, această metodă de proiectare poate fi aplicată la modulatoarele electro-optice pentru a reduce spațiul ocupat și consumul de tensiune. Poate fi folosit și în alte game spectrale și alte modele de rezonatoare diferite. În prezent, echipa de cercetare cooperează pentru a demonstra spectrul vizibil LIDAR compus din matrice de defazare bazate pe astfel de microring-uri. În viitor, poate fi aplicat și în multe aplicații, cum ar fi neliniaritatea optică îmbunătățită, lasere noi și optică cuantică nouă.
Sursa articol:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. situată în „Silicon Valley” din China – Beijing Zhongguancun, este o întreprindere de înaltă tehnologie dedicată deservirii instituțiilor de cercetare, institutelor de cercetare, universităților și personalului de cercetare științifică din țară și străinătate. Compania noastră este implicată în principal în cercetarea și dezvoltarea independentă, proiectarea, producția, vânzarea de produse optoelectronice și oferă soluții inovatoare și servicii profesionale, personalizate pentru cercetătorii științifici și inginerii industriali. După ani de inovare independentă, a format o serie bogată și perfectă de produse fotoelectrice, care sunt utilizate pe scară largă în industriile municipale, militare, transporturi, energie electrică, finanțe, educație, medicale și alte industrii.
Așteptăm cu nerăbdare să cooperăm cu tine!
Ora postării: 29-mar-2023