В последние годы исследователи из разных стран использовали интегрированную фотонику для успешной реализации манипуляции инфракрасными световыми волнами и применения 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 видимых световых полос и разрабатывать более обширные приложения, такие как лидар на уровне чипа, очки AR/VR/MR (расширенной/виртуальной/гибридной) реальности, голографические дисплеи, чипы квантовой обработки, оптогенетические зонды, имплантируемые в мозг и т. д.
Крупномасштабная интеграция оптических фазовых модуляторов является ядром оптической подсистемы для оптической маршрутизации на кристалле и формирования волнового фронта в свободном пространстве. Эти две основные функции имеют важное значение для реализации различных приложений. Однако для оптических фазовых модуляторов в диапазоне видимого света особенно сложно одновременно удовлетворять требованиям высокой пропускаемости и высокой модуляции. Чтобы удовлетворить этому требованию, даже самые подходящие материалы из нитрида кремния и ниобата лития должны увеличивать объем и энергопотребление.
Чтобы решить эту проблему, Михал Липсон и Нанфан Юй 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 может достигать фазовой модуляции с минимальными потерями. По сравнению с обычными волноводными фазовыми модуляторами устройство имеет по крайней мере на порядок меньшее пространство и энергопотребление. Соответствующий контент был опубликован в Nature Photonics.
Михал Липсон, ведущий специалист 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 посредством нескольких циклов световых лучей. Как правило, его можно разделить на три различных рабочих состояния: «незакрепленное» и «незакрепленное». Критическое закрепление» и «сильное закрепление». Среди них «незакрепленное» может обеспечить только ограниченную фазовую модуляцию и внесёт ненужные изменения амплитуды, а «критическое закрепление» вызовет существенные оптические потери, тем самым влияя на фактическую производительность устройства.
Для достижения полной 2π фазовой модуляции и минимального изменения амплитуды исследовательская группа манипулировала микрокольцом в состоянии «сильной связи». Сила связи между микрокольцом и «шиной» по крайней мере в десять раз выше, чем потери микрокольца. После серии разработок и оптимизации окончательная структура показана на рисунке ниже. Это резонансное кольцо с конической шириной. Узкая волноводная часть улучшает оптическую силу связи между «шиной» и микрокатушкой. Широкая волноводная часть Потери света микрокольца уменьшаются за счет уменьшения оптического рассеяния боковой стенки.
Хэцин Хуан, первый автор статьи, также сказал: «Мы разработали миниатюрный, энергосберегающий и чрезвычайно малопотерьный фазовый модулятор видимого света с радиусом всего 5 мкм и потребляемой мощностью π-фазовой модуляции всего 0,8 мВт. Введенное изменение амплитуды составляет менее 10%. Что еще более редко, этот модулятор одинаково эффективен для самых сложных синих и зеленых полос в видимом спектре».
Нанфан Юй также отметил, что, хотя они далеки от достижения уровня интеграции электронных продуктов, их работа значительно сократила разрыв между фотонными переключателями и электронными переключателями. «Если предыдущая технология модуляторов позволяла интегрировать только 100 волноводных фазовых модуляторов при определенном размере чипа и бюджете мощности, то теперь мы можем интегрировать 10 000 фазовращателей на одном чипе для достижения более сложной функции».
Короче говоря, этот метод проектирования может быть применен к электрооптическим модуляторам для уменьшения занимаемого пространства и потребления напряжения. Он также может быть использован в других спектральных диапазонах и других различных конструкциях резонаторов. В настоящее время исследовательская группа сотрудничает для демонстрации LIDAR видимого спектра, состоящего из решеток фазовращателей на основе таких микроколец. В будущем его также можно будет применять во многих приложениях, таких как улучшенная оптическая нелинейность, новые лазеры и новая квантовая оптика.
Источник статьи:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., расположенная в «Кремниевой долине» Китая — Пекин Чжунгуаньцунь, является высокотехнологичным предприятием, предназначенным для обслуживания отечественных и зарубежных научно-исследовательских учреждений, научно-исследовательских институтов, университетов и научно-исследовательского персонала предприятий. Наша компания в основном занимается независимыми исследованиями и разработками, проектированием, производством, продажей оптоэлектронной продукции, а также предоставляет инновационные решения и профессиональные, персонализированные услуги для научных исследователей и промышленных инженеров. После многих лет независимых инноваций она сформировала богатую и совершенную серию фотоэлектрических продуктов, которые широко используются в муниципальной, военной, транспортной, электроэнергетической, финансовой, образовательной, медицинской и других отраслях.
Мы будем рады сотрудничеству с Вами!
Время публикации: 29-мар-2023