Posljednjih godina, istraživači iz raznih zemalja koristili su integriranu fotoniku kako bi uspješno ostvarili manipulaciju infracrvenim svjetlosnim valovima i primijenili ih na brze 5G mreže, čip senzore i autonomna vozila. Trenutno, s kontinuiranim produbljivanjem ovog istraživačkog smjera, istraživači su počeli provoditi dubinsku detekciju kraćih vidljivih svjetlosnih pojaseva i razvijati opsežnije primjene, kao što su LIDAR na razini čipa, AR/VR/MR (poboljšana/virtualna/hibridna) naočale za stvarnost, holografski zasloni, kvantni procesorski čipovi, optogenetske sonde implantirane u mozak itd.
Integracija optičkih faznih modulatora velikih razmjera je srž optičkog podsustava za optičko usmjeravanje na čipu i oblikovanje valne fronte u slobodnom prostoru. Ove dvije primarne funkcije su bitne za realizaciju različitih primjena. Međutim, za optičke fazne modulatore u području vidljive svjetlosti, posebno je izazovno istovremeno zadovoljiti zahtjeve visoke propusnosti i visoke modulacije. Da bi se ispunio ovaj zahtjev, čak i najprikladniji materijali od silicijevog nitrida i litijevog niobata moraju povećati volumen i potrošnju energije.
Kako bi riješili ovaj problem, Michal Lipson i Nanfang Yu sa Sveučilišta Columbia dizajnirali su termooptički fazni modulator od silicijevog nitrida temeljen na adijabatskom mikro-prstenastom rezonatoru. Dokazali su da mikro-prstenasti rezonator radi u stanju jake sprege. Uređaj može postići faznu modulaciju s minimalnim gubitkom. U usporedbi s običnim valovodnim faznim modulatorima, uređaj ima barem za red veličine smanjenje prostora i potrošnje energije. Povezani sadržaj objavljen je u časopisu Nature Photonics.
Michal Lipson, vodeći stručnjak u području integrirane fotonike, temeljene na silicijevom nitridu, rekao je: „Ključ našeg predloženog rješenja je korištenje optičkog rezonatora i rad u takozvanom stanju jake sprege.“
Optički rezonator je visoko simetrična struktura koja može pretvoriti malu promjenu indeksa loma u faznu promjenu kroz više ciklusa svjetlosnih snopova. Općenito se može podijeliti u tri različita radna stanja: „nedovoljno sprezanje“ i „nedovoljno sprezanje“. Kritično sprezanje i „jako sprezanje“. Među njima, „nedovoljno sprezanje“ može osigurati samo ograničenu faznu modulaciju i uvest će nepotrebne promjene amplitude, a „kritično sprezanje“ će uzrokovati značajne optičke gubitke, što će utjecati na stvarne performanse uređaja.
Kako bi se postigla potpuna 2π fazna modulacija i minimalna promjena amplitude, istraživački tim je manipulirao mikroprstenom u stanju "jake sprege". Snaga sprege između mikroprstena i "sabirnice" je najmanje deset puta veća od gubitka mikroprstena. Nakon niza dizajna i optimizacije, konačna struktura je prikazana na slici ispod. Ovo je rezonantni prsten sa suženom širinom. Uski dio valovoda poboljšava optičku snagu sprege između "sabirnice" i mikro-zavojnice. Široki dio valovoda Gubitak svjetlosti mikroprstena smanjuje se smanjenjem optičkog raspršenja bočne stijenke.
Heqing Huang, prvi autor rada, također je rekao: „Dizajnirali smo minijaturni, energetski štedljivi i izuzetno nisko-gubitačni fazni modulator vidljive svjetlosti s radijusom od samo 5 μm i potrošnjom snage π-fazne modulacije od samo 0,8 mW. Unesena varijacija amplitude je manja od 10%. Ono što je rjeđe jest da je ovaj modulator jednako učinkovit za najteže plave i zelene pojaseve u vidljivom spektru.“
Nanfang Yu je također istaknuo da iako su daleko od postizanja razine integracije elektroničkih proizvoda, njihov rad je dramatično smanjio jaz između fotonskih sklopki i elektroničkih sklopki. „Ako je prethodna tehnologija modulatora dopuštala integraciju samo 100 valovodnih faznih modulatora s određenim otiskom čipa i energetskim budžetom, sada možemo integrirati 10 000 faznih pomicača na istom čipu kako bismo postigli složeniju funkciju.“
Ukratko, ova metoda dizajna može se primijeniti na elektrooptičke modulatore kako bi se smanjio zauzeti prostor i potrošnja napona. Također se može koristiti u drugim spektralnim rasponima i drugim različitim dizajnima rezonatora. Trenutno istraživački tim surađuje na demonstraciji LIDAR-a vidljivog spektra sastavljenog od nizova faznih pomaka temeljenih na takvim mikroprstenovima. U budućnosti se može primijeniti i na mnoge primjene kao što su poboljšana optička nelinearnost, novi laseri i nova kvantna optika.
Izvor članka: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., smještena u kineskoj „Silicijskoj dolini“ – Beijing Zhongguancunu, visokotehnološko je poduzeće posvećeno pružanju usluga domaćim i stranim istraživačkim institucijama, istraživačkim institutima, sveučilištima i znanstvenoistraživačkom osoblju poduzeća. Naša se tvrtka uglavnom bavi neovisnim istraživanjem i razvojem, dizajnom, proizvodnjom i prodajom optoelektroničkih proizvoda te pruža inovativna rješenja i profesionalne, personalizirane usluge za znanstvene istraživače i industrijske inženjere. Nakon godina neovisnih inovacija, formirali su bogatu i savršenu seriju fotoelektričnih proizvoda koji se široko koriste u komunalnoj, vojnoj, prometnoj, elektroenergetskoj, financijskoj, obrazovnoj, medicinskoj i drugim industrijama.
Veselimo se suradnji s vama!
Vrijeme objave: 29. ožujka 2023.