В последние годы исследователи из разных стран использовали интегрированную фотонику, чтобы успешно манипулировать инфракрасными световыми волнами и применять их в высокоскоростных сетях 5G, чиповых датчиках и автономных транспортных средствах. В настоящее время, с постоянным углублением этого направления исследований, исследователи начали проводить углубленное обнаружение более коротких полос видимого света и разрабатывать более обширные приложения, такие как лидар на уровне чипа, AR/VR/MR (расширенные/виртуальные/ гибрид) Реальность) Очки, голографические дисплеи, чипы квантовой обработки, оптогенетические зонды, имплантированные в мозг и т.д.
Крупномасштабная интеграция оптических фазовых модуляторов является ядром оптической подсистемы для внутрикристальной оптической маршрутизации и формирования волнового фронта в свободном пространстве. Эти две основные функции необходимы для реализации различных приложений. Однако для оптических фазовых модуляторов видимого диапазона особенно сложно одновременно удовлетворить требования высокого коэффициента пропускания и высокой модуляции. Чтобы удовлетворить этому требованию, даже самые подходящие материалы из нитрида кремния и ниобата лития должны увеличить объем и энергопотребление.
Чтобы решить эту проблему, Майкл Липсон и Наньфанг Ю из Колумбийского университета разработали термооптический фазовый модулятор из нитрида кремния на основе адиабатического микрокольцевого резонатора. Они доказали, что микрокольцевой резонатор работает в состоянии сильной связи. Устройство позволяет добиться фазовой модуляции с минимальными потерями. По сравнению с обычными волноводными фазовыми модуляторами устройство имеет как минимум на порядок снижение занимаемого пространства и энергопотребления. Соответствующий контент был опубликован в журнале Nature Photonics.
Михал Липсон, ведущий эксперт в области интегрированной фотоники на основе нитрида кремния, сказал: «Ключом к предлагаемому нами решению является использование оптического резонатора и работа в так называемом состоянии сильной связи».
Оптический резонатор представляет собой высокосимметричную структуру, которая может преобразовывать небольшое изменение показателя преломления в изменение фазы за счет нескольких циклов световых лучей. Как правило, его можно разделить на три различных рабочих состояния: «под сцеплением» и «под сцеплением». Критическая связь» и «сильная связь». Среди них «недостаточная связь» может обеспечить лишь ограниченную фазовую модуляцию и приведет к ненужным изменениям амплитуды, а «критическая связь» приведет к значительным оптическим потерям, тем самым влияя на реальную производительность устройства.
Чтобы добиться полной фазовой модуляции 2π и минимального изменения амплитуды, исследовательская группа манипулировала микрокольцом в состоянии «сильной связи». Прочность связи микрокольца с «шиной» как минимум в десять раз превышает потери микрокольца. После серии проектов и оптимизации окончательная структура показана на рисунке ниже. Это резонансное кольцо сужающейся ширины. Узкая часть волновода улучшает силу оптической связи между «шиной» и микрокатушкой. Широкая волноводная часть. Световые потери микрокольца уменьшаются за счет уменьшения оптического рассеяния боковой стенки.
Хэцин Хуан, первый автор статьи, также сказал: «Мы разработали миниатюрный, энергосберегающий фазовый модулятор видимого света с чрезвычайно низкими потерями, радиусом всего 5 мкм и потребляемой мощностью π-фазной модуляции всего лишь 0,8 мВт. Вносимое изменение амплитуды составляет менее 10%. Еще реже то, что этот модулятор одинаково эффективен для самых сложных синих и зеленых диапазонов видимого спектра».
Наньфан Юй также отметил, что, хотя они далеки от уровня интеграции электронных продуктов, их работа резко сократила разрыв между фотонными переключателями и электронными переключателями. «Если предыдущая технология модулятора позволяла интегрировать только 100 волноводных фазовых модуляторов при определенной площади чипа и бюджете мощности, то теперь мы можем интегрировать 10 000 фазовращателей на одном чипе для достижения более сложных функций».
Короче говоря, этот метод проектирования можно применить к электрооптическим модуляторам для уменьшения занимаемого пространства и потребления напряжения. Его также можно использовать в других спектральных диапазонах и других конструкциях резонаторов. В настоящее время исследовательская группа работает над демонстрацией лидара видимого спектра, состоящего из матриц фазовращателей на основе таких микроколец. В будущем его также можно будет применять во многих приложениях, таких как усиление оптической нелинейности, новые лазеры и новая квантовая оптика.
Источник статьи: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Компания Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., расположенная в «Силиконовой долине» Китая – Пекин Чжунгуаньцунь, является высокотехнологичным предприятием, специализирующимся на обслуживании отечественных и зарубежных исследовательских институтов, исследовательских институтов, университетов и научно-исследовательского персонала предприятий. Наша компания в основном занимается независимыми исследованиями и разработками, проектированием, производством и продажей оптоэлектронной продукции, а также предоставляет инновационные решения и профессиональные персонализированные услуги для научных исследователей и промышленных инженеров. После многих лет независимых инноваций компания сформировала богатую и совершенную серию фотоэлектрических продуктов, которые широко используются в муниципальной, военной, транспортной, электроэнергетической, финансовой, образовательной, медицинской и других отраслях.
Мы надеемся на сотрудничество с вами!
Время публикации: 29 марта 2023 г.