În ultimii ani, cercetători din diverse țări au utilizat fotonica integrată pentru a realiza succesiv manipularea undelor luminoase infraroșii și a le aplica în rețele 5G de mare viteză, senzori cu cipuri 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 vizibilă mai scurte și să dezvolte aplicații mai extinse, cum ar fi LIDAR la nivel de cip, ochelari AR/VR/MR (realitate îmbunătățită/virtuală/hibridă), afișaje holografice, cipuri de procesare cuantică, sonde optogenetice implantate în creier etc.
Integrarea la scară largă a modulatorilor optici de fază este nucleul subsistemului optic pentru rutarea optică on-chip și modelarea frontului de undă în spațiu liber. Aceste două funcții principale sunt esențiale pentru realizarea diverselor aplicații. Cu toate acestea, pentru modulatorii optici de fază în domeniul luminii vizibile, este deosebit de dificil să se îndeplinească cerințele de transmitanță ridicată și modulație 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 proiectat un modulator de fază termo-optic din nitrură de siliciu bazat pe rezonatorul micro-inelar adiabatic. Aceștia au demonstrat că rezonatorul micro-inelar funcționează într-o stare de cuplare puternică. Dispozitivul poate realiza modulația de fază cu pierderi minime. Comparativ cu modulatoarele de fază cu ghid de undă obișnuite, dispozitivul are o reducere de cel puțin un ordin de mărime a spațiului și a consumului de energie. Conținutul aferent a fost publicat în Nature Photonics.
Michal Lipson, expert de renume în domeniul fotonicii integrate, bazată pe nitrură de siliciu, a declarat: „Cheia soluției noastre propuse este utilizarea unui rezonator optic și funcționarea într-o așa-numită stare de cuplare puternică.”
Rezonatorul optic este o structură extrem de simetrică, care poate converti o mică modificare a indicelui de refracție într-o modificare de fază prin cicluri multiple de fascicule luminoase. În general, acesta poate fi împărțit în trei stări de funcționare diferite: „subcuplare” și „subcuplare”, „cuplare critică” și „cuplare puternică”. Printre acestea, „subcuplare” poate oferi doar o modulație de 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 modulație de fază 2π completă și o modificare minimă a amplitudinii, echipa de cercetare a manipulat microinelul într-o stare de „cuplare puternică”. Forța de cuplare dintre microinel și „bus” este de cel puțin zece ori mai mare decât pierderea microinelului. După o serie de proiectări 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 forța de cuplare optică dintre „bus” și micro-bobină. Partea largă a ghidului de undă Pierderea de lumină a microinelului este redusă prin reducerea împrăștierii optice a peretelui lateral.
Heqing Huang, primul autor al lucrării, a mai spus: „Am conceput un modulator de fază a luminii vizibile în miniatură, care economisește energie și are pierderi extrem de mici, cu o rază de doar 5 μm și un consum de energie pentru modulația de fază π de doar 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 subliniat, de asemenea, că, deși sunt departe de a atinge nivelul de integrare a produselor electronice, munca lor a redus dramatic decalajul dintre comutatoarele fotonice și comutatoarele electronice. „Dacă tehnologia anterioară de modulare permitea integrarea a doar 100 de modulatoare de fază cu ghid de undă, având în vedere o anumită amprentă a cipului și un anumit buget de putere, atunci acum putem integra 10.000 de schimbătoare de fază pe același cip pentru a obține funcții mai complexe.”
Pe scurt, această metodă de proiectare poate fi aplicată modulatorilor electro-optici pentru a reduce spațiul ocupat și consumul de tensiune. Poate fi utilizată și în alte intervale spectrale și alte modele diferite de rezonatoare. În prezent, echipa de cercetare cooperează pentru a demonstra LIDAR-ul cu spectru vizibil compus din rețele de schimbătoare de fază bazate pe astfel de microinele. În viitor, aceasta poate fi aplicată și în numeroase aplicații, cum ar fi neliniaritatea optică îmbunătățită, noile lasere și noua optică cuantică.
Sursa articolului: 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 interne și străine, institutelor de cercetare, universităților și personalului de cercetare științifică din întreprinderi. Compania noastră se ocupă în principal de cercetarea și dezvoltarea independentă, proiectarea, fabricarea și vânzarea de produse optoelectronice și oferă soluții inovatoare și servicii profesionale și personalizate pentru cercetători științifici și ingineri 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, de transport, energie electrică, finanțe, educație, medicale și alte industrii.
Așteptăm cu nerăbdare o cooperare cu dumneavoastră!
Data publicării: 29 martie 2023