V posledních letech výzkumníci z různých zemí použili integrovanou fotoniku k postupné realizaci manipulace s infračervenými světelnými vlnami a jejich aplikaci na vysokorychlostní sítě 5G, čipové senzory a autonomní vozidla.V současné době, s neustálým prohlubováním tohoto směru výzkumu, začali výzkumníci provádět hloubkovou detekci kratších pásem viditelného světla a vyvíjet rozsáhlejší aplikace, jako je LIDAR na čipové úrovni, AR/VR/MR (enhanced/virtual/ hybridní) Realita) Brýle, holografické displeje, čipy pro kvantové zpracování, optogenetické sondy implantované do mozku atd.
Rozsáhlá integrace optických fázových modulátorů je jádrem optického subsystému pro optické směrování na čipu a tvarování vlnoplochy ve volném prostoru.Tyto dvě primární funkce jsou nezbytné pro realizaci různých aplikací.U optických fázových modulátorů v oblasti viditelného světla je však obzvláště náročné splnit požadavky na vysokou propustnost a zároveň vysokou modulaci.Aby byl tento požadavek splněn, musí i nejvhodnější materiály z nitridu křemíku a niobátu lithia zvýšit objem a spotřebu energie.
K vyřešení tohoto problému Michal Lipson a Nanfang Yu z Kolumbijské univerzity navrhli termooptický fázový modulátor z nitridu křemíku založený na adiabatickém mikrokroužkovém rezonátoru.Prokázali, že mikrokroužkový rezonátor pracuje ve stavu silné vazby.Zařízení může dosáhnout fázové modulace s minimálními ztrátami.Ve srovnání s běžnými vlnovodnými fázovými modulátory má zařízení alespoň řádově zmenšený prostor a spotřebu energie.Související obsah byl publikován v Nature Photonics.
Michal Lipson, přední odborník v oblasti integrované fotoniky na bázi nitridu křemíku, řekl: „Klíčem k našemu navrhovanému řešení je použití optického rezonátoru a provoz v takzvaném stavu silné vazby.“
Optický rezonátor je vysoce symetrická struktura, která dokáže převést malou změnu indexu lomu na fázovou změnu prostřednictvím několika cyklů světelných paprsků.Obecně jej lze rozdělit do tří různých pracovních stavů: „pod spojením“ a „pod spojením“.Kritická vazba“ a „silná vazba“.Mezi nimi „pod spojením“ může poskytnout pouze omezenou fázovou modulaci a zavede zbytečné změny amplitudy a „kritické spojení“ způsobí značné optické ztráty, čímž ovlivní skutečný výkon zařízení.
Pro dosažení úplné 2π fázové modulace a minimální změny amplitudy výzkumný tým manipuloval s mikrokroužkem ve stavu „silné vazby“.Síla vazby mezi mikrokroužkem a „sběrnicí“ je nejméně desetkrát vyšší než ztráta mikrokroužku.Po sérii návrhů a optimalizací je konečná struktura znázorněna na obrázku níže.Jedná se o rezonanční prsten se zúženou šířkou.Úzká část vlnovodu zlepšuje pevnost optické vazby mezi „sběrnicí“ a mikrocívkou.Široká vlnovodná část Ztráta světla mikrokroužku je snížena snížením optického rozptylu boční stěny.
Heqing Huang, první autor článku, také řekl: „Navrhli jsme miniaturní, energeticky úsporný a extrémně nízkoztrátový fázový modulátor viditelného světla s poloměrem pouhých 5 μm a spotřebou energie π-fázové modulace pouze 0,8 mW.Zavedené kolísání amplitudy je menší než 10 %.Vzácnější je, že tento modulátor je stejně účinný pro nejobtížnější modrá a zelená pásma ve viditelném spektru.“
Nanfang Yu také poukázal na to, že i když zdaleka nedosahují úrovně integrace elektronických produktů, jejich práce dramaticky zmenšila propast mezi fotonickými spínači a elektronickými spínači."Pokud předchozí technologie modulátoru umožňovala integraci pouze 100 fázových modulátorů vlnovodu při určitém rozměru čipu a energetickém rozpočtu, pak můžeme nyní integrovat 10 000 fázových posuvníků na stejný čip, abychom dosáhli komplexnější funkce."
Stručně řečeno, tato konstrukční metoda může být aplikována na elektro-optické modulátory pro snížení obsazeného prostoru a spotřeby napětí.Může být také použit v jiných spektrálních rozsazích a jiných různých konstrukcích rezonátorů.V současné době výzkumný tým spolupracuje na demonstraci viditelného spektra LIDAR složeného z polí fázového posunu založených na takových mikrokroužcích.V budoucnu může být také aplikován na mnoho aplikací, jako je vylepšená optická nelinearita, nové lasery a nová kvantová optika.
Zdroj článku: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. se sídlem v čínském „Silicon Valley“ – Beijing Zhongguancun, je high-tech podnik, který slouží domácím a zahraničním výzkumným institucím, výzkumným ústavům, univerzitám a pracovníkům podnikového vědeckého výzkumu.Naše společnost se zabývá především nezávislým výzkumem a vývojem, návrhem, výrobou, prodejem optoelektronických produktů a poskytuje inovativní řešení a profesionální personalizované služby pro vědecké výzkumníky a průmyslové inženýry.Po letech nezávislých inovací vytvořila bohatou a dokonalou řadu fotoelektrických produktů, které jsou široce používány v komunálních, vojenských, dopravních, elektroenergetických, finančních, vzdělávacích, lékařských a dalších průmyslových odvětvích.
Těšíme se na spolupráci s Vámi!
Čas odeslání: 29. března 2023