През последните години изследователи от различни страни са използвали интегрирана фотоника, за да реализират последователно манипулирането на инфрачервени светлинни вълни и да ги прилагат към високоскоростни 5G мрежи, сензори за чипове и автономни превозни средства. Понастоящем, с непрекъснатото задълбочаване на тази изследователска посока, изследователите са започнали да извършват задълбочено откриване на по-къси видими светлинни ленти и да разработват по-обширни приложения, като например LIDAR на ниво чип, AR/VR/MR (подобрено/виртуално/ хибрид) Реалност) Очила, холографски дисплеи, чипове за квантова обработка, оптогенетични сонди, имплантирани в мозъка и др.
Мащабното интегриране на оптични фазови модулатори е ядрото на оптичната подсистема за оптично маршрутизиране върху чип и оформяне на вълнов фронт в свободно пространство. Тези две основни функции са от съществено значение за реализацията на различни приложения. Въпреки това, за оптичните фазови модулатори в диапазона на видимата светлина е особено предизвикателство да се изпълнят едновременно изискванията за висока пропускливост и висока модулация. За да изпълнят това изискване, дори най-подходящите материали от силициев нитрид и литиев ниобат трябва да увеличат обема и консумацията на енергия.
За да разрешат този проблем, Михал Липсън и Нанфанг Ю от Колумбийския университет проектираха термооптичен фазов модулатор от силициев нитрид, базиран на адиабатен резонатор с микропръстен. Те доказаха, че резонаторът с микропръстен 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 един порядък намаление на пространството и консумацията на енергия. Свързаното съдържание е публикувано в Nature Photonics.
Михал Липсън, водещ експерт в областта на интегрираната фотоника, базирана на силициев нитрид, каза: „Ключът към предложеното от нас решение е да използваме оптичен резонатор и да работим в така нареченото състояние на силно свързване.“
Оптичният резонатор е силно симетрична структура, която може да преобразува малка промяна на индекса на пречупване във фазова промяна чрез множество цикли на светлинни лъчи. Като цяло, той може да бъде разделен на три различни работни състояния: „под свързване“ и „под 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 значителна оптична загуба, като по този начин ще повлияе на действителната производителност на устройството.
За да 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 поредица от проекти и оптимизация, крайната структура е показана на фигурата по-долу. Това е резонансен пръстен със заострена ширина. Тесната вълноводна част подобрява оптичната сила на свързване между „шината“ и микронамотката. Широката вълноводна част Загубата на светлина от микропръстена се намалява чрез намаляване на оптичното разсейване на страничната стена.
Heqing Huang, първият автор на статията, също каза: „Ние сме проектирали миниатюрен, енергоспестяващ и изключително ниски загуби фазов модулатор на видима светлина с радиус от само 5 μm и консумация на енергия за π-фазова модулация само 0,8 mW. Въведената вариация на амплитудата е по-малка от 10%. По-рядкото е, че този модулатор е еднакво ефективен за най-трудните сини и зелени ленти във видимия спектър.
Nanfang Yu също така посочи, че въпреки че са далеч от достигане на нивото на интеграция на електронни продукти, тяхната работа драстично стесни разликата между фотонни превключватели и електронни превключватели. „Ако предишната модулаторна технология позволяваше интегрирането само на 100 вълноводни фазови модулатора при определен отпечатък на чипа и мощностен бюджет, тогава можем да интегрираме 10 000 фазови превключватели на един и същи чип, за да постигнем по-сложна функция.“
Накратко, този метод на проектиране може да се приложи към електрооптични модулатори за намаляване на заеманото пространство и консумацията на напрежение. Може да се използва и в други спектрални диапазони и други различни дизайни на резонатори. Понастоящем изследователският екип си сътрудничи, за да демонстрира LIDAR от видимия спектър, съставен от масиви за фазово изместване, базирани на такива микропръстени. В бъдеще може да се прилага и за много приложения, като 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 „Силиконова долина“ – Beijing Zhongguancun, е високотехнологично предприятие, посветено на обслужването на местни и чуждестранни изследователски институции, изследователски институти, университети и персонал за научни изследвания в предприятията. Нашата компания се занимава основно с независими изследвания и разработки, проектиране, производство, продажби на оптоелектронни продукти и предоставя иновативни решения и професионални, персонализирани услуги за научни изследователи и индустриални инженери. След години на независими иновации, тя формира богата и перфектна серия от фотоелектрически продукти, които се използват широко в общинската, военната, транспортната, електрическата, финансовата, образователната, медицинската и други индустрии.
Очакваме сътрудничество с вас!
Време на публикуване: 29 март 2023 г