Posljednjih godina, istraživači iz različitih zemalja koristili su integriranu fotoniku kako bi sukcesivno ostvarili manipulaciju infracrvenim svjetlosnim valovima i primijenili ih na brze 5G mreže, čip senzore i autonomna vozila. Trenutno, s kontinuiranim produbljivanjem ovog istraživačkog pravca, istraživači su počeli provoditi dubinsku detekciju kraćih vidljivih svjetlosnih pojaseva i razvijati opsežnije primjene, kao što su LIDAR na nivou čipa, AR/VR/MR (poboljšana/virtualna/hibridna) naočale za stvarnost, holografski displeji, čipovi za kvantnu obradu, optogenetske sonde implantirane u mozak itd.
Integracija optičkih faznih modulatora velikih razmjera je srž optičkog podsistema za optičko usmjeravanje na čipu i oblikovanje valnog fronta u slobodnom prostoru. Ove dvije primarne funkcije su ključne za realizaciju različitih primjena. Međutim, za optičke fazne modulatore u vidljivom svjetlosnom rasponu, posebno je izazovno istovremeno ispuniti zahtjeve visoke propusnosti i visoke modulacije. Da bi se ispunio ovaj zahtjev, čak i najprikladniji materijali od silicijum nitrida i litijum niobata moraju povećati volumen i potrošnju energije.
Da bi riješili ovaj problem, Michal Lipson i Nanfang Yu sa Univerziteta Columbia dizajnirali su termooptički fazni modulator od silicijum nitrida zasnovan na adijabatskom mikro-prstenastom rezonatoru. Dokazali su da mikro-prstenasti rezonator radi u stanju jake sprege. Uređaj može postići faznu modulaciju uz minimalne gubitke. U poređenju sa običnim faznim modulatorima talasovoda, uređaj ima smanjenje prostora i potrošnje energije za najmanje red veličine. Povezani sadržaj je objavljen u časopisu Nature Photonics.
Michal Lipson, vodeći stručnjak u oblasti integrirane fotonike, bazirane na silicijum 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 prelamanja u faznu promjenu kroz više ciklusa svjetlosnih snopova. Generalno, može se 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.
Da bi se postigla potpuna 2π fazna modulacija i minimalna promjena amplitude, istraživački tim je manipulisao mikroprstenom u stanju "jakog sprezanja". Snaga sprezanja između mikroprstena i "sabirnice" je najmanje deset puta veća od gubitka mikroprstena. Nakon serije dizajna i optimizacije, konačna struktura je prikazana na slici ispod. Ovo je rezonantni prsten sa suženom širinom. Uski dio talasovoda poboljšava optičku snagu sprezanja između "sabirnice" i mikro-zavojnice. Široki dio talasovoda Gubitak svjetlosti mikroprstena se smanjuje 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 je da je ovaj modulator podjednako učinkovit za najteže plave i zelene pojaseve u vidljivom spektru.“
Nanfang Yu je također istakao da, iako su daleko od dostizanja nivoa integracije elektronskih proizvoda, njihov rad je dramatično smanjio jaz između fotonskih prekidača i elektronskih prekidača. „Ako je prethodna tehnologija modulatora omogućavala integraciju samo 100 faznih modulatora talasovoda uz određeni otisak čipa i budžet snage, onda sada možemo integrirati 10.000 faznih pomjerača 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 sarađuje na demonstraciji LIDAR-a vidljivog spektra sastavljenog od nizova faznih pomjerača zasnovanih 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 "Silikonskoj dolini" - Beijing Zhongguancun, je visokotehnološko preduzeće posvećeno pružanju usluga domaćim i stranim istraživačkim institucijama, istraživačkim institutima, univerzitetima i naučno-istraživačkom osoblju preduzeća. Naša kompanija se uglavnom bavi nezavisnim istraživanjem i razvojem, dizajnom, proizvodnjom i prodajom optoelektronskih proizvoda, te pruža inovativna rješenja i profesionalne, personalizirane usluge za naučne istraživače i industrijske inženjere. Nakon godina nezavisnih inovacija, formirala je bogatu i savršenu seriju fotoelektričnih proizvoda, koji se široko koriste u komunalnoj, vojnoj, transportnoj, elektroenergetskoj, finansijskoj, obrazovnoj, medicinskoj i drugim industrijama.
Radujemo se saradnji s Vama!
Vrijeme objave: 29. mart 2023.