I de seneste år har forskere fra forskellige lande brugt integreret fotonik til successivt at realisere manipulation af infrarøde lysbølger og anvende dem på højhastigheds-5G-netværk, chipsensorer og autonome køretøjer.På nuværende tidspunkt, med den kontinuerlige uddybning af denne forskningsretning, er forskere begyndt at udføre dybdegående detektion af kortere synlige lysbånd og udvikle mere omfattende applikationer, såsom chip-niveau LIDAR, AR/VR/MR (forbedret/virtuel/ hybrid) Reality) Briller, holografiske skærme, kvantebehandlingschips, optogenetiske prober implanteret i hjernen osv.
Den storstilede 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 applikationer.For optiske fasemodulatorer i det synlige lysområde er det dog 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 strømforbruget.
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 størrelsesordensreduktion 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 er en meget symmetrisk struktur, som kan konvertere en lille brydningsindeksændring til en faseændring gennem flere cyklusser af lysstråler.Generelt kan det opdeles i tre forskellige arbejdstilstande: "under kobling" og "under kobling."Kritisk kobling" og "stærk kobling."Blandt dem kan "under kobling" kun give begrænset fasemodulation og vil introducere unødvendige amplitudeændringer, og "kritisk kobling" vil forårsage 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 tabet af mikroringen.Efter en række designs og optimering er den endelige struktur vist i nedenstående figur.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 papiret, sagde også: "Vi har designet en miniature, energibesparende og ekstremt lavt tabsfasemodulator for synligt lys med en radius på kun 5 μm og et π-fase modulationsstrømforbrug på kun 0,8 mW.Den indførte amplitudevariation er mindre end 10%.Hvad der er sjældnere er, at denne modulator er lige så effektiv til de sværeste blå og grønne bånd i det synlige spektrum."
Nanfang Yu påpegede også, at selvom de er langt fra at nå niveauet for integration af elektroniske produkter, har deres arbejde dramatisk indsnævret kløften mellem fotoniske switche og elektroniske switche."Hvis den tidligere modulatorteknologi kun tillod integration af 100 bølgelederfasemodulatorer givet et bestemt chipfodaftryk og effektbudget, så kan vi nu integrere 10.000 faseskiftere på den samme chip for at opnå mere kompleks funktion."
Kort sagt kan denne designmetode anvendes til elektro-optiske modulatorer for at reducere den besatte plads og spændingsforbrug.Den kan også bruges i andre spektralområder og andre forskellige resonatordesigns.På nuværende tidspunkt samarbejder forskerholdet om at demonstrere det synlige spektrum LIDAR sammensat af faseskifter-arrays baseret på sådanne mikroringe.I fremtiden kan det også anvendes til mange applikationer såsom forbedret optisk ikke-linearitet, nye lasere og ny kvanteoptik.
Artikelkilde: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. beliggende i Kinas "Silicon Valley" - Beijing Zhongguancun, er en højteknologisk virksomhed dedikeret til at betjene indenlandske og udenlandske forskningsinstitutioner, forskningsinstitutter, universiteter og videnskabeligt forskningspersonale i virksomheder.Vores virksomhed er hovedsageligt engageret i uafhængig forskning og udvikling, design, fremstilling, salg af optoelektroniske produkter og leverer innovative løsninger og professionelle, personlige tjenester til videnskabelige forskere og industriingeniører.Efter mange års uafhængig innovation har det dannet en rig og perfekt serie af fotoelektriske produkter, som er meget udbredt i kommunale, militære, transport-, el-, finans-, uddannelses-, medicinske og andre industrier.
Vi ser frem til samarbejdet med dig!
Indlægstid: 29-03-2023