През последните години изследователи от различни страни използват интегрирана фотоника, за да реализират последователно манипулирането на инфрачервени светлинни вълни и да ги приложат към високоскоростни 5G мрежи, чип сензори и автономни превозни средства. В момента, с непрекъснатото задълбочаване на тази изследователска насока, изследователите са започнали да извършват задълбочено откриване на по-къси видими светлинни ленти и да разработват по-обширни приложения, като например LIDAR на чипово ниво, AR/VR/MR (подобрена/виртуална/хибридна) реалност (очила), холографски дисплеи, квантови процесорни чипове, оптогенетични сонди, имплантирани в мозъка и др.
Мащабната интеграция на оптични фазови модулатори е ядрото на оптичната подсистема за оптично маршрутизиране на чипа и оформяне на вълновия фронт в свободно пространство. Тези две основни функции са от съществено значение за реализирането на различни приложения. Въпреки това, за оптичните фазови модулатори във видимия светлинен диапазон е особено трудно да се отговорят едновременно на изискванията за висока пропускливост и висока модулация. За да се отговори на това изискване, дори най-подходящите материали от силициев нитрид и литиев ниобат трябва да увеличат обема и консумацията на енергия.
За да решат този проблем, Михал Липсън и Нанфанг Ю от Колумбийския университет са проектирали термооптичен фазов модулатор от силициев нитрид, базиран на адиабатен микро-пръстенов резонатор. Те са доказали, че микро-пръстеновият резонатор работи в състояние на силно свързване. Устройството може да постигне фазова модулация с минимални загуби. В сравнение с обикновените вълноводни фазови модулатори, устройството има поне с един порядък намаление на пространството и консумацията на енергия. Свързаното съдържание е публикувано в Nature Photonics.
Михал Липсон, водещ експерт в областта на интегрираната фотоника, базирана на силициев нитрид, каза: „Ключът към предложеното от нас решение е използването на оптичен резонатор и работа в така нареченото състояние на силно свързване.“
Оптичният резонатор е силно симетрична структура, която може да преобразува малка промяна в коефициента на пречупване във фазова промяна чрез множество цикли на светлинни лъчи. Най-общо казано, той може да бъде разделен на три различни работни състояния: „недостатъчно свързване“ и „недостатъчно свързване“. „Критично свързване“ и „силно свързване“. Сред тях „недостатъчното свързване“ може да осигури само ограничена фазова модулация и ще въведе ненужни промени в амплитудата, а „критичното свързване“ ще причини значителни оптични загуби, като по този начин ще повлияе на действителната производителност на устройството.
За да се постигне пълна 2π фазова модулация и минимална промяна на амплитудата, изследователският екип манипулира микропръстена в състояние на „силно свързване“. Силата на свързване между микропръстена и „шината“ е поне десет пъти по-висока от загубата на микропръстена. След серия от проекти и оптимизации, крайната структура е показана на фигурата по-долу. Това е резонансен пръстен със заострена ширина. Тясната вълноводна част подобрява оптичната сила на свързване между „шината“ и микро-бобината. Широката вълноводна част. Загубата на светлина от микропръстена се намалява чрез намаляване на оптичното разсейване на страничната стена.
Хекин Хуанг, първият автор на статията, също така каза: „Проектирахме миниатюрен, енергоспестяващ и изключително нискозагубен фазов модулатор на видима светлина с радиус само 5 μm и консумация на мощност при π-фазова модулация само 0,8 mW. Въведената амплитудна вариация е по-малка от 10%. По-рядко срещано е, че този модулатор е еднакво ефективен за най-трудните сини и зелени ленти във видимия спектър.“
Нанфанг Ю също посочи, че въпреки че са далеч от достигане на нивото на интеграция на електронни продукти, тяхната работа драстично е стеснила разликата между фотонните превключватели и електронните превключватели. „Ако предишната модулаторна технология позволяваше интегрирането само на 100 вълноводни фазови модулатора при определен размер на чипа и енергиен бюджет, то сега можем да интегрираме 10 000 фазови превключватели на един и същ чип, за да постигнем по-сложна функция.“
Накратко, този метод на проектиране може да се приложи към електрооптични модулатори, за да се намали заеманото пространство и консумацията на напрежение. Може да се използва и в други спектрални диапазони и други различни конструкции на резонатори. В момента изследователският екип си сътрудничи, за да демонстрира LIDAR във видимия спектър, съставен от фазови превключватели, базирани на такива микропръстени. В бъдеще той може да се приложи и в много приложения, като например подобрена оптична нелинейност, нови лазери и нова квантова оптика.
Източник на статията: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., разположена в китайската „Силициева долина“ – Пекин Джунгуанцун, е високотехнологично предприятие, посветено на обслужването на местни и чуждестранни изследователски институции, институти, университети и корпоративни научни изследователи. Нашата компания се занимава основно с независими изследвания и разработки, проектиране, производство и продажби на оптоелектронни продукти и предоставя иновативни решения и професионални, персонализирани услуги за научни изследователи и индустриални инженери. След години на независими иновации, тя е създала богата и перфектна серия от фотоелектрически продукти, които се използват широко в общинската, военната, транспортната, електроенергийната, финансовата, образователната, медицинската и други индустрии.
Очакваме с нетърпение сътрудничество с вас!
Време на публикуване: 29 март 2023 г.