Τα τελευταία χρόνια, ερευνητές από διάφορες χώρες έχουν χρησιμοποιήσει ολοκληρωμένη φωτονική για να συνειδητοποιήσουν διαδοχικά τον χειρισμό των κυμάτων υπέρυθρου φωτός και να τα εφαρμόσουν σε δίκτυα 5G υψηλής ταχύτητας, αισθητήρες τσιπ και αυτόνομα οχήματα. Προς το παρόν, με τη συνεχή εμβάθυνση αυτής της ερευνητικής κατεύθυνσης, οι ερευνητές έχουν αρχίσει να πραγματοποιούν σε βάθος ανίχνευση μικρότερων ζωνών ορατού φωτός και να αναπτύσσουν πιο εκτεταμένες εφαρμογές, όπως LIDAR σε επίπεδο chip, AR/VR/MR (βελτιωμένη/εικονική/ υβριδικό) Πραγματικότητα) Γυαλιά, ολογραφικές οθόνες, τσιπ κβαντικής επεξεργασίας, οπτογενετικοί ανιχνευτές εμφυτευμένοι στον εγκέφαλο κ.λπ.
Η μεγάλης κλίμακας ενσωμάτωση των οπτικών διαμορφωτών φάσης είναι ο πυρήνας του οπτικού υποσυστήματος για την οπτική δρομολόγηση στο τσιπ και τη διαμόρφωση μετώπου κύματος ελεύθερου χώρου. Αυτές οι δύο κύριες λειτουργίες είναι απαραίτητες για την υλοποίηση διαφόρων εφαρμογών. Ωστόσο, για τους διαμορφωτές οπτικής φάσης στο εύρος του ορατού φωτός, είναι ιδιαίτερα δύσκολο να ικανοποιηθούν ταυτόχρονα οι απαιτήσεις υψηλής διαπερατότητας και υψηλής διαμόρφωσης. Για να ικανοποιηθεί αυτή η απαίτηση, ακόμη και τα πιο κατάλληλα υλικά νιτριδίου του πυριτίου και νιοβικού λιθίου πρέπει να αυξήσουν τον όγκο και την κατανάλωση ενέργειας.
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, ο Michal Lipson και ο Nanfang Yu του Πανεπιστημίου Columbia σχεδίασαν έναν θερμοοπτικό διαμορφωτή φάσης νιτριδίου του πυριτίου που βασίζεται στον αδιαβατικό αντηχείο μικροδακτυλίου. Απέδειξαν ότι ο συντονιστής μικροδακτυλίου λειτουργεί σε κατάσταση ισχυρής σύζευξης. Η συσκευή μπορεί να επιτύχει διαμόρφωση φάσης με ελάχιστη απώλεια. Σε σύγκριση με τους συνηθισμένους διαμορφωτές φάσης κυματοδηγού, η συσκευή έχει τουλάχιστον μια τάξη μεγέθους μείωση στο χώρο και την κατανάλωση ενέργειας. Το σχετικό περιεχόμενο έχει δημοσιευτεί στο Nature Photonics.
Ο Michal Lipson, κορυφαίος ειδικός στον τομέα της ολοκληρωμένης φωτονικής, με βάση το νιτρίδιο του πυριτίου, δήλωσε: «Το κλειδί για την προτεινόμενη λύση μας είναι να χρησιμοποιήσουμε έναν οπτικό συντονιστή και να λειτουργήσουμε σε μια λεγόμενη κατάσταση ισχυρής σύζευξης».
Ο οπτικός συντονιστής είναι μια εξαιρετικά συμμετρική δομή, η οποία μπορεί να μετατρέψει μια μικρή αλλαγή δείκτη διάθλασης σε αλλαγή φάσης μέσω πολλαπλών κύκλων δέσμης φωτός. Γενικά, μπορεί να χωριστεί σε τρεις διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας: "υπό σύζευξη" και "υπό σύζευξη". Κρίσιμη σύζευξη» και «ισχυρή σύζευξη». Μεταξύ αυτών, η "υπό σύζευξη" μπορεί να παρέχει μόνο περιορισμένη διαμόρφωση φάσης και θα εισάγει περιττές αλλαγές πλάτους και η "κρίσιμη σύζευξη" θα προκαλέσει σημαντική οπτική απώλεια, επηρεάζοντας έτσι την πραγματική απόδοση της συσκευής.
Για να επιτευχθεί πλήρης διαμόρφωση φάσης 2π και ελάχιστη αλλαγή πλάτους, η ερευνητική ομάδα χειρίστηκε τον μικροδακτύλιο σε κατάσταση «ισχυρής σύζευξης». Η δύναμη σύζευξης μεταξύ του μικροδακτυλίου και του «διαύλου» είναι τουλάχιστον δέκα φορές μεγαλύτερη από την απώλεια του μικροδακτυλίου. Μετά από μια σειρά σχεδίων και βελτιστοποίησης, η τελική δομή φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αυτός είναι ένας συντονισμένος δακτύλιος με κωνικό πλάτος. Το στενό τμήμα του κυματοδηγού βελτιώνει την οπτική ισχύ σύζευξης μεταξύ του «διαύλου» και του μικροπηνίου. Το φαρδύ τμήμα κυματοδηγού Η απώλεια φωτός του μικροδακτυλίου μειώνεται με τη μείωση της οπτικής σκέδασης του πλευρικού τοιχώματος.
Ο Heqing Huang, ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας, είπε επίσης: «Έχουμε σχεδιάσει έναν μικροσκοπικό, εξοικονόμησης ενέργειας και εξαιρετικά χαμηλής απώλειας διαμορφωτή φάσης ορατού φωτός με ακτίνα μόλις 5 μm και κατανάλωση ενέργειας διαμόρφωσης π φάσης μόνο 0,8 mW. Η εισαγόμενη διακύμανση πλάτους είναι μικρότερη από 10%. Αυτό που είναι πιο σπάνιο είναι ότι αυτός ο διαμορφωτής είναι εξίσου αποτελεσματικός για τις πιο δύσκολες μπλε και πράσινες ζώνες στο ορατό φάσμα."
Ο Nanfang Yu επεσήμανε επίσης ότι παρόλο που απέχουν πολύ από το να φτάσουν στο επίπεδο ολοκλήρωσης ηλεκτρονικών προϊόντων, η δουλειά τους μείωσε δραματικά το χάσμα μεταξύ φωτονικών διακοπτών και ηλεκτρονικών διακοπτών. «Εάν η προηγούμενη τεχνολογία διαμορφωτή επέτρεπε μόνο την ενσωμάτωση 100 διαμορφωτών φάσης κυματοδηγού δεδομένου συγκεκριμένου αποτυπώματος τσιπ και προϋπολογισμού ισχύος, τότε μπορούμε τώρα να ενσωματώσουμε 10.000 μετατοπιστές φάσης στο ίδιο τσιπ για να επιτύχουμε πιο περίπλοκη λειτουργία».
Εν ολίγοις, αυτή η μέθοδος σχεδιασμού μπορεί να εφαρμοστεί σε ηλεκτρο-οπτικούς διαμορφωτές για τη μείωση του καταλαμβανόμενου χώρου και της κατανάλωσης τάσης. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε άλλες φασματικές περιοχές και άλλα διαφορετικά σχέδια συντονιστών. Επί του παρόντος, η ερευνητική ομάδα συνεργάζεται για να επιδείξει το ορατό φάσμα LIDAR που αποτελείται από συστοιχίες μετατόπισης φάσης που βασίζονται σε τέτοιους μικροδακτυλίους. Στο μέλλον, μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε πολλές εφαρμογές όπως η ενισχυμένη οπτική μη γραμμικότητα, τα νέα λέιζερ και η νέα κβαντική οπτική.
Πηγή άρθρου:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Η Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. που βρίσκεται στην "Silicon Valley" της Κίνας - Beijing Zhongguancun, είναι μια επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας αφιερωμένη στην εξυπηρέτηση εγχώριων και ξένων ερευνητικών ιδρυμάτων, ερευνητικών ινστιτούτων, πανεπιστημίων και προσωπικού επιστημονικής έρευνας επιχειρήσεων. Η εταιρεία μας ασχολείται κυρίως με την ανεξάρτητη έρευνα και ανάπτυξη, το σχεδιασμό, την κατασκευή, τις πωλήσεις οπτοηλεκτρονικών προϊόντων και παρέχει καινοτόμες λύσεις και επαγγελματικές, εξατομικευμένες υπηρεσίες για επιστημονικούς ερευνητές και βιομηχανικούς μηχανικούς. Μετά από χρόνια ανεξάρτητης καινοτομίας, έχει σχηματίσει μια πλούσια και τέλεια σειρά φωτοηλεκτρικών προϊόντων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε δημοτικές, στρατιωτικές, μεταφορές, ηλεκτρική ενέργεια, χρηματοδότηση, εκπαίδευση, ιατρική και άλλες βιομηχανίες.
Ανυπομονούμε για συνεργασία μαζί σας!
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-29-2023