В останні роки дослідники з різних країн використовували інтегровану фотоніку, щоб послідовно реалізувати маніпуляції хвилями інфрачервоного світла та застосувати їх до високошвидкісних мереж 5G, чіп-датчиків і автономних транспортних засобів.Наразі, з безперервним поглибленням цього напряму досліджень, дослідники почали виконувати поглиблене виявлення коротших смуг видимого світла та розробляти більш широкі програми, такі як LIDAR на рівні чіпа, AR/VR/MR (розширений/віртуальний/ гібрид) Реальність) Окуляри, голографічні дисплеї, чіпи квантової обробки, оптогенетичні зонди, імплантовані в мозок тощо.
Масштабна інтеграція оптичних фазових модуляторів є ядром оптичної підсистеми для оптичної маршрутизації на кристалі та формування хвильового фронту у вільному просторі.Ці дві основні функції необхідні для реалізації різноманітних додатків.Однак для оптичних фазових модуляторів у діапазоні видимого світла особливо складно задовольнити вимоги високого коефіцієнта пропускання та високої модуляції одночасно.Щоб задовольнити цю вимогу, навіть найбільш придатні матеріали з нітриду кремнію та ніобату літію потребують збільшення об’єму та енергоспоживання.
Щоб вирішити цю проблему, Міхал Ліпсон і Нанфан Ю з Колумбійського університету розробили термооптичний фазовий модулятор з нітриду кремнію на основі адіабатичного мікрокільцевого резонатора.Вони довели, що мікрокільцевий резонатор працює в стані сильного зв’язку.Пристрій може досягти фазової модуляції з мінімальними втратами.У порівнянні зі звичайними хвилевідними фазовими модуляторами пристрій має щонайменше на порядок менший простір і енергоспоживання.Відповідний вміст опубліковано в Nature Photonics.
Міхал Ліпсон, провідний експерт у галузі інтегрованої фотоніки на основі нітриду кремнію, сказав: «Ключ до запропонованого нами рішення полягає у використанні оптичного резонатора та роботі в так званому стані сильного зв’язку».
Оптичний резонатор є високосиметричною структурою, яка може перетворювати невелику зміну показника заломлення на зміну фази через кілька циклів світлових променів.Загалом його можна розділити на три різні робочі стани: «під зчепленням» і «під зчепленням».Критичний зв'язок» і «сильний зв'язок».Серед них «недостатній зв’язок» може забезпечити лише обмежену фазову модуляцію та призведе до непотрібних змін амплітуди, а «критичний зв’язок» спричинить значні оптичні втрати, тим самим впливаючи на фактичну продуктивність пристрою.
Щоб досягти повної фазової модуляції 2π і мінімальної зміни амплітуди, дослідницька група маніпулювала мікрокільцем у стані «сильного зв’язку».Міцність зв'язку між мікрокільцем і «шиною» принаймні в десять разів перевищує втрати мікрокільця.Після серії проектів і оптимізації остаточна структура показана на малюнку нижче.Це резонансне кільце зі звуженою шириною.Вузька частина хвилеводу покращує силу оптичного зв’язку між «шиною» та мікрокотушкою.Широка частина хвилеводу Втрати світла мікрокільця зменшуються за рахунок зменшення оптичного розсіювання бічної стінки.
Heqing Huang, перший автор статті, також сказав: «Ми розробили мініатюрний, енергозберігаючий фазовий модулятор видимого світла з надзвичайно низькими втратами з радіусом лише 5 мкм і споживаною потужністю модуляції π-фази лише 0,8 мВт.Введена варіація амплітуди становить менше 10%.Що рідше, так це те, що цей модулятор однаково ефективний для найскладніших синіх і зелених смуг у видимому спектрі».
Nanfang Yu також зазначив, що хоча вони далекі від досягнення рівня інтеграції електронних продуктів, їхня робота різко скоротила розрив між фотонними перемикачами та електронними перемикачами.«Якщо попередня технологія модулятора дозволяла інтегрувати лише 100 хвилевідних фазових модуляторів за певної площі чіпа та бюджету потужності, то тепер ми можемо інтегрувати 10 000 фазовращателей на одному чіпі для досягнення більш складної функції».
Коротше кажучи, цей метод проектування можна застосувати до електрооптичних модуляторів, щоб зменшити займаний простір і споживання напруги.Він також може використовуватися в інших спектральних діапазонах та інших конструкціях резонаторів.Зараз дослідницька група співпрацює, щоб продемонструвати LIDAR видимого спектру, що складається з матриць фазовращателей на основі таких мікрокілець.У майбутньому його також можна буде застосувати для багатьох застосувань, таких як покращена оптична нелінійність, нові лазери та нова квантова оптика.
Джерело статті: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., розташована в «Кремнієвій долині» Китаю – Beijing Zhongguancun, є високотехнологічним підприємством, яке обслуговує вітчизняні та іноземні дослідницькі установи, науково-дослідні інститути, університети та науково-дослідний персонал підприємства.Наша компанія в основному займається незалежними дослідженнями та розробками, проектуванням, виробництвом і продажем оптоелектронних виробів, а також надає інноваційні рішення та професійні персоналізовані послуги для наукових дослідників та промислових інженерів.Після багатьох років незалежних інновацій компанія сформувала багату та досконалу серію фотоелектричних продуктів, які широко використовуються в муніципальній, військовій, транспортній, електроенергетиці, фінансах, освіті, медицині та інших галузях.
Будемо раді співпраці з вами!
Час публікації: 29 березня 2023 р