Последњих година, истраживачи из разних земаља су користили интегрисану фотонику како би сукцесивно реализовали манипулацију инфрацрвеним светлосним таласима и применили их на брзе 5G мреже, чип сензоре и аутономна возила. Тренутно, са континуираним продубљивањем овог истраживачког правца, истраживачи су почели да спроводе дубинску детекцију краћих видљивих светлосних трака и развијају опсежније примене, као што су LIDAR на нивоу чипа, AR/VR/MR (побољшане/виртуелне/хибридне) наочаре за стварност, холографски дисплеји, квантни чипови за обраду, оптогенетске сонде имплантиране у мозак итд.
Интеграција оптичких фазних модулатора великих размера је срж оптичког подсистема за оптичко рутирање на чипу и обликовање таласног фронта у слободном простору. Ове две примарне функције су неопходне за реализацију различитих примена. Међутим, за оптичке фазне модулаторе у опсегу видљиве светлости, посебно је изазовно истовремено испунити захтеве високе пропустљивости и високе модулације. Да би се испунио овај захтев, чак и најпогоднији материјали од силицијум нитрида и литијум ниобата морају повећати запремину и потрошњу енергије.
Да би решили овај проблем, Михал Липсон и Нанфанг Ју са Универзитета Колумбија су пројектовали термооптички фазни модулатор од силицијум нитрида заснован на адијабатском микро-прстенастом резонатору. Доказали су да микро-прстенасти резонатор ради у стању јаке спреге. Уређај може постићи фазну модулацију са минималним губицима. У поређењу са обичним таласоводним фазним модулаторима, уређај има барем за ред величине смањење простора и потрошње енергије. Сродни садржај је објављен у часопису Nature Photonics.
Михал Липсон, водећи стручњак у области интегрисане фотонике, засноване на силицијум нитриду, рекао је: „Кључ нашег предложеног решења је коришћење оптичког резонатора и рад у такозваном стању јаке спреге.“
Оптички резонатор је високо симетрична структура која може да претвори малу промену индекса преламања у фазну промену кроз више циклуса светлосних снопова. Генерално, може се поделити на три различита радна стања: „недовољно спрезање“ и „недовољно спрезање“. Критично спрезање и „јако спрезање“. Међу њима, „недовољно спрезање“ може да обезбеди само ограничену фазну модулацију и увешће непотребне промене амплитуде, а „критично спрезање“ ће изазвати значајне оптичке губитке, што ће утицати на стварне перформансе уређаја.
Да би се постигла потпуна 2π фазна модулација и минимална промена амплитуде, истраживачки тим је манипулисао микропрстеном у стању „јаке спреге“. Снага спреге између микропрстена и „сабирнице“ је најмање десет пута већа од губитка микропрстена. Након низа дизајна и оптимизације, коначна структура је приказана на слици испод. Ово је резонантни прстен са суженом ширином. Уски део таласовода побољшава оптичку снагу спреге између „сабирнице“ и микро-калема. Широки део таласовода Губитак светлости микропрстена је смањен смањењем оптичког расејања бочног зида.
Хећинг Хуанг, први аутор рада, такође је рекао: „Дизајнирали смо минијатурни, енергетски штедљив и изузетно мали губици модулатора фазе видљиве светлости са радијусом од само 5 μм и потрошњом снаге π-фазне модулације од само 0,8 mW. Уведена варијација амплитуде је мања од 10%. Оно што је ређе јесте да је овај модулатор подједнако ефикасан за најтеже плаве и зелене опсеге у видљивом спектру.“
Нанфанг Ју је такође истакао да, иако су далеко од достизања нивоа интеграције електронских производа, њихов рад је драматично смањио јаз између фотонских прекидача и електронских прекидача. „Ако је претходна технологија модулатора дозвољавала интеграцију само 100 фазних модулатора таласовода уз одређени отисак чипа и буџет снаге, онда сада можемо интегрисати 10.000 фазних померача на исти чип како бисмо постигли сложеније функције.“
Укратко, овај метод пројектовања може се применити на електрооптичке модулаторе како би се смањио заузети простор и потрошња напона. Такође се може користити у другим спектралним опсезима и другим различитим дизајнима резонатора. Тренутно, истраживачки тим сарађује на демонстрацији ЛИДАР-а видљивог спектра састављеног од низова фазних померача заснованих на таквим микропрстеновима. У будућности се може применити и на многе примене као што су побољшана оптичка нелинеарност, нови ласери и нова квантна оптика.
Извор чланка: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Пекиншка компанија Rofea Optoelectronics Co., Ltd., са седиштем у кинеској „Силицијумској долини“ – Пекиншком Џонггуанцуну, је високотехнолошко предузеће посвећено пружању услуга домаћим и страним истраживачким институцијама, истраживачким институтима, универзитетима и научноистраживачком особљу предузећа. Наша компанија се првенствено бави независним истраживањем и развојем, пројектовањем, производњом и продајом оптоелектронских производа и пружа иновативна решења и професионалне, персонализоване услуге за научне истраживаче и индустријске инжењере. Након година независних иновација, формирала је богат и савршен низ фотоелектричних производа, који се широко користе у комуналној, војној, транспортној, електроенергетској, финансијској, образовној, медицинској и другим индустријама.
Радујемо се сарадњи са вама!
Време објаве: 29. март 2023.