I de senere år har forskere fra forskellige lande brugt integreret fotonik til successivt at realisere manipulationen af infrarøde lysbølger og anvende dem på højhastigheds-5G-netværk, chipsensorer og autonome køretøjer. I takt med den løbende uddybning af denne forskningsretning er forskere i øjeblikket begyndt at udføre dybdegående detektion af kortere synlige lysbånd og udvikle mere omfattende anvendelser, såsom chip-niveau LIDAR, AR/VR/MR (enhanced/virtual/hybrid) Reality-briller, holografiske displays, kvantebehandlingschips, optogenetiske sonder implanteret i hjernen osv.
Storstilet integration af optiske fasemodulatorer er kernen i det optiske delsystem til on-chip optisk routing og frirumsbølgefrontformning. Disse to primære funktioner er afgørende for realiseringen af forskellige anvendelser. For optiske fasemodulatorer i det synlige lysområde er det imidlertid særligt udfordrende at opfylde kravene til høj transmittans og høj modulation på samme tid. For at opfylde dette krav skal selv de mest egnede siliciumnitrid- og lithiumniobatmaterialer øge volumen og strømforbrug.
For at løse dette problem designede Michal Lipson og Nanfang Yu fra Columbia University en termooptisk fasemodulator af siliciumnitrid baseret på den adiabatiske mikroringresonator. De beviste, at mikroringresonatoren fungerer i en stærk koblingstilstand. Enheden kan opnå fasemodulation med minimalt tab. Sammenlignet med almindelige bølgelederfasemodulatorer har enheden mindst en størrelsesordens reduktion i plads- og strømforbrug. Det relaterede indhold er blevet offentliggjort i Nature Photonics.
Michal Lipson, en førende ekspert inden for integreret fotonik baseret på siliciumnitrid, sagde: "Nøglen til vores foreslåede løsning er at bruge en optisk resonator og operere i en såkaldt stærk koblingstilstand."
Den optiske resonator har en meget symmetrisk struktur, som kan omdanne en lille ændring i brydningsindekset til en faseændring gennem flere cyklusser af lysstråler. Generelt kan den opdeles i tre forskellige driftstilstande: "underkobling" og "underkobling", "kritisk kobling" og "stærk kobling". Blandt dem kan "underkobling" kun give begrænset fasemodulation og vil introducere unødvendige amplitudeændringer, og "kritisk kobling" vil forårsage et betydeligt optisk tab og derved påvirke enhedens faktiske ydeevne.
For at opnå fuldstændig 2π fasemodulation og minimal amplitudeændring manipulerede forskerholdet mikroringen i en "stærk koblings"-tilstand. Koblingsstyrken mellem mikroringen og "bussen" er mindst ti gange højere end mikroringens tab. Efter en række designs og optimeringer er den endelige struktur vist i figuren nedenfor. Dette er en resonansring med en tilspidset bredde. Den smalle bølgelederdel forbedrer den optiske koblingsstyrke mellem "bussen" og mikrospolen. Den brede bølgelederdel. Mikroringens lystab reduceres ved at reducere den optiske spredning af sidevæggen.
Heqing Huang, den første forfatter af artiklen, sagde også: "Vi har designet en miniature, energibesparende og ekstremt lavtabsfasemodulator til synlig lys med en radius på kun 5 μm og et π-fasemodulationsstrømforbrug på kun 0,8 mW. Den introducerede amplitudevariation er mindre end 10 %. Hvad der er mere sjældent er, at denne modulator er lige effektiv til de vanskeligste blå og grønne bånd i det synlige spektrum."
Nanfang Yu påpegede også, at selvom de langt fra er nået niveauet for integration af elektroniske produkter, har deres arbejde dramatisk mindsket kløften mellem fotoniske afbrydere og elektroniske afbrydere. "Hvis den tidligere modulatorteknologi kun tillod integration af 100 bølgelederfasemodulatorer givet et bestemt chipfodaftryk og strømforbrug, kan vi nu integrere 10.000 faseskiftere på den samme chip for at opnå en mere kompleks funktion."
Kort sagt kan denne designmetode anvendes på elektrooptiske modulatorer for at reducere den optagne plads og spændingsforbruget. Den kan også bruges i andre spektralområder og andre forskellige resonatordesigns. I øjeblikket samarbejder forskerholdet om at demonstrere den synlige spektrum-LIDAR, der er sammensat af faseskifterarrays baseret på sådanne mikroringe. I fremtiden kan den også anvendes til mange anvendelser såsom forbedret optisk ikke-linearitet, nye lasere og ny kvanteoptik.
Artikelkilde: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., der er beliggende i Kinas "Silicon Valley" – Beijing Zhongguancun, er en højteknologisk virksomhed dedikeret til at betjene indenlandske og udenlandske forskningsinstitutioner, universiteter og videnskabeligt forskningspersonale i virksomheder. Vores virksomhed beskæftiger sig primært med uafhængig forskning og udvikling, design, fremstilling og salg af optoelektroniske produkter og leverer innovative løsninger og professionelle, personlige tjenester til videnskabelige forskere og industrielle ingeniører. Efter mange års uafhængig innovation har virksomheden dannet en rig og perfekt serie af fotoelektriske produkter, der er meget udbredt inden for kommunal, militær, transport, el, finans, uddannelse, medicin og andre industrier.
Vi ser frem til samarbejdet med dig!
Opslagstidspunkt: 29. marts 2023