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.