Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές από διάφορες χώρες χρησιμοποίησαν ολοκληρωμένη φωτονική για να συνειδητοποιήσουν διαδοχικά τη χειραγώγηση των κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας και να τα εφαρμόσουν σε δίκτυα 5G υψηλής ταχύτητας, αισθητήρες τσιπ και αυτόνομα οχήματα. Επί του παρόντος, με τη συνεχή εμβάθυνση αυτής της ερευνητικής κατεύθυνσης, οι ερευνητές έχουν αρχίσει να εκτελούν σε βάθος ανίχνευση των βραχύτερων ορατών φωτεινών ζωνών και να αναπτύξουν πιο εκτεταμένες εφαρμογές, όπως το LIDAR σε επίπεδο chip, κλπ.
Η ενσωμάτωση μεγάλης κλίμακας των διαμορφωτών οπτικής φάσης είναι ο πυρήνας του οπτικού υποσυστήματος για την οπτική δρομολόγηση στο chip και τη διαμόρφωση κύματος ελεύθερου χώρου. Αυτές οι δύο πρώτες λειτουργίες είναι απαραίτητες για την υλοποίηση διαφόρων εφαρμογών. Ωστόσο, για τους διαμορφωτές οπτικής φάσης στο εύρος ορατών φωτός, είναι ιδιαίτερα δύσκολο να ικανοποιηθούν ταυτόχρονα οι απαιτήσεις της υψηλής μετάδοσης και της υψηλής διαμόρφωσης. Για να ικανοποιηθεί αυτή η απαίτηση, ακόμη και τα καταλληλότερα υλικά νιτριδίου πυριτίου και λιθίου πρέπει να αυξήσουν τον όγκο και την κατανάλωση ενέργειας.
Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, ο Michal Lipson και ο Nanfang Yu του Πανεπιστημίου της Κολούμπια σχεδίασαν έναν διαμορφωτή θερμο-οπτικής φάσης νιτριδίου πυριτίου που βασίζεται στον αδιαβατικό μικρο-δακτυλιοειδή αντηχή. Αποδείχθηκαν ότι ο συντονιστής μικρο-δακτυλίου λειτουργεί σε ισχυρή κατάσταση σύζευξης. Η συσκευή μπορεί να επιτύχει τη διαμόρφωση φάσης με ελάχιστη απώλεια. Σε σύγκριση με τους συνηθισμένους διαμορφωτές φάσης κυματοδηγού, η συσκευή έχει τουλάχιστον μια σειρά μεγέθους μείωσης του χώρου και της κατανάλωσης ενέργειας. Το σχετικό περιεχόμενο έχει δημοσιευθεί στο Nature Photonics.
Ο Michal Lipson, ένας κορυφαίος εμπειρογνώμονας στον τομέα της ολοκληρωμένης φωτονικής, βασισμένη στο νιτρίδιο του πυριτίου, δήλωσε: "Το κλειδί για την προτεινόμενη λύση μας είναι να χρησιμοποιήσουμε έναν οπτικό συντονιστή και να λειτουργούμε σε μια λεγόμενη ισχυρή κατάσταση σύζευξης".
Ο οπτικός συντονιστής είναι μια εξαιρετικά συμμετρική δομή, η οποία μπορεί να μετατρέψει μια μικρή αλλαγή δείκτη διάθλασης σε μια αλλαγή φάσης μέσω πολλαπλών κύκλων φωτεινών δοκών. Γενικά, μπορεί να χωριστεί σε τρεις διαφορετικές καταστάσεις εργασίας: "κάτω από τη σύζευξη" και "κάτω από τη σύζευξη". Κρίσιμη σύζευξη "και" ισχυρή σύζευξη ". Μεταξύ αυτών, η "υπό σύζευξη" μπορεί να παρέχει μόνο περιορισμένη διαμόρφωση φάσης και θα εισαγάγει 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 εύρους, η ερευνητική ομάδα χειρίστηκε τη μικροαποθήκη σε κατάσταση "ισχυρής σύζευξης". Η αντοχή σύζευξης μεταξύ της μικροοργανίας και του "λεωφορείου" είναι τουλάχιστον δέκα φορές υψηλότερη από την απώλεια της μικροοργίας. Μετά από μια σειρά σχεδίων και βελτιστοποίησης, η τελική δομή εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα. Αυτό είναι ένας συντονισμένος δακτύλιος με κωνικό πλάτος. Το στενό τμήμα κυματοδηγού βελτιώνει την αντοχή οπτικής σύζευξης μεταξύ του "λεωφορείου" και του μικρο-πηνίου. Το ευρύ τμήμα κυματοδηγού Η απώλεια φωτός της μικροοργίας μειώνεται μειώνοντας την οπτική σκέδαση του πλευρικού τοιχώματος.
Ο Heqing Huang, ο πρώτος συγγραφέας του εγγράφου, δήλωσε επίσης: "Έχουμε σχεδιάσει έναν μικροσκοπικό, εξοικονόμηση ενέργειας και εξαιρετικά χαμηλή απώλεια ορατή φάση φάσης με ακτίνα μόνο 5 μm και κατανάλωση ρεύματος διαφοροποίησης πφάσης 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 αν και απέχουν πολύ από το να φτάσουν στο επίπεδο ενσωμάτωσης των ηλεκτρονικών προϊόντων, το έργο τους έχει μειώσει δραματικά το χάσμα μεταξύ φωτονικών διακόπτη και ηλεκτρονικών διακοπτών. "Εάν η προηγούμενη τεχνολογία διαμορφωτή επέτρεψε μόνο την ενσωμάτωση 100 διαμορφωτών φάσης κυματοδηγού, δεδομένου ενός συγκεκριμένου αποτυπώματος τσιπ και προϋπολογισμού ισχύος, τότε μπορούμε τώρα να ενσωματώσουμε 10.000 μετατοπιστές φάσης στο ίδιο τσιπ για να επιτευχθεί πιο σύνθετη λειτουργία".
Εν ολίγοις, αυτή η μέθοδος σχεδιασμού μπορεί να εφαρμοστεί σε ηλεκτρο-οπτικούς διαμορφωτές για να μειωθεί η κατεχόμενη κατανάλωση χώρου και τάσης. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε άλλες φασματικές περιοχές και άλλα διαφορετικά σχέδια συντονισμού. Επί του παρόντος, η ερευνητική ομάδα συνεργάζεται για να αποδείξει το ορατό φάσμα LIDAR που αποτελείται από συστοιχίες μετατόπισης φάσης που βασίζονται σε τέτοιες μικροοργίες. 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
Το Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. που βρίσκεται στο "Silicon Valley" της Κίνας-το Beijing Zhongguancun, είναι μια επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας αφιερωμένη στην εξυπηρέτηση εγχώριων και ξένων ερευνητικών ιδρυμάτων, ερευνητικών ιδρυμάτων, πανεπιστημίων και επιχειρησιακών ερευνητικών προσωπικού. 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, ιατρικές και άλλες βιομηχανίες.
Ανυπομονούμε να συνεργαστούμε μαζί σας!
Χρόνος δημοσίευσης: Μαρ-29-2023