Pastaraisiais metais įvairių šalių tyrėjai, naudodami integruotą fotoniką, sėkmingai realizavo infraraudonųjų spindulių šviesos bangų manipuliavimą ir pritaikė jas didelės spartos 5G tinkluose, lustų jutikliuose ir autonominėse transporto priemonėse. Šiuo metu, nuolat gilinant šią tyrimų kryptį, tyrėjai pradėjo atlikti išsamų trumpesnių matomos šviesos juostų aptikimą ir kurti platesnes pritaikymo galimybes, tokias kaip lustų lygio LIDAR, AR/VR/MR (patobulintos/virtualios/hibridinės) realybės akiniai, holografiniai ekranai, kvantinio apdorojimo lustai, į smegenis implantuojami optogenetiniai zondai ir kt.
Didelio masto optinių fazės moduliatorių integracija yra optinės posistemės, skirtos optiniam maršrutizavimui ir laisvos erdvės bangos fronto formavimui luste, pagrindas. Šios dvi pagrindinės funkcijos yra būtinos įvairiems taikymams įgyvendinti. Tačiau matomos šviesos diapazono optiniams fazės moduliatoriams ypač sunku vienu metu atitikti didelio pralaidumo ir didelės moduliacijos reikalavimus. Norint patenkinti šį reikalavimą, net ir tinkamiausios silicio nitrido ir ličio niobato medžiagos turi padidinti tūrį ir energijos suvartojimą.
Norėdami išspręsti šią problemą, Kolumbijos universiteto Michaelas Lipsonas ir Nanfangas Yu sukūrė silicio nitrido termooptinį fazės moduliatorių, pagrįstą adiabatiniu mikrožiedo rezonatoriumi. Jie įrodė, kad mikrožiedo rezonatorius veikia stiprios sąveikos būsenoje. Įrenginys gali pasiekti fazės moduliaciją su minimaliais nuostoliais. Palyginti su įprastais bangolaidžio fazės moduliatoriais, įrenginys užima bent eilės mažiau vietos ir sunaudoja mažiau energijos. Susijęs turinys buvo paskelbtas žurnale „Nature Photonics“.
Michalas Lipsonas, vienas iš pirmaujančių integruotos fotonikos, paremtos silicio nitridu, ekspertų, sakė: „Mūsų siūlomo sprendimo esmė – naudoti optinį rezonatorių ir veikti vadinamojoje stiprios sąveikos būsenoje.“
Optinis rezonatorius yra labai simetriška struktūra, kuri per kelis šviesos spindulių ciklus gali paversti nedidelį lūžio rodiklio pokytį fazės pokyčiu. Paprastai jį galima suskirstyti į tris skirtingas darbo būsenas: „silpnas sujungimas“ ir „silpnas sujungimas“, „kritinis sujungimas“ ir „stiprus sujungimas“. Iš jų „silpnas sujungimas“ gali užtikrinti tik ribotą fazės moduliaciją ir sukels nereikalingus amplitudės pokyčius, o „kritinis sujungimas“ sukels didelius optinius nuostolius, taip paveikdamas tikrąjį įrenginio veikimą.
Siekdama visiško 2π fazės moduliavimo ir minimalaus amplitudės pokyčio, tyrėjų komanda manipuliavo mikrožiedu „stiprios sąsajos“ būsenoje. Sąsajos stiprumas tarp mikrožiedo ir „šynos“ yra bent dešimt kartų didesnis nei mikrožiedo nuostoliai. Atlikus keletą projektavimo ir optimizavimo darbų, galutinė struktūra parodyta paveikslėlyje žemiau. Tai rezonansinis žiedas su smailėjančiu pločiu. Siaura bangolaidžio dalis pagerina optinio ryšio stiprumą tarp „šynos“ ir mikroritės. Plati bangolaidžio dalis sumažina mikrožiedo šviesos nuostolius sumažindama šoninės sienelės optinę sklaidą.
Pirmasis straipsnio autorius Heqingas Huangas taip pat teigė: „Sukūrėme miniatiūrinį, energiją taupantį ir itin mažai nuostolių patiriantį matomos šviesos fazės moduliatorių, kurio spindulys yra tik 5 μm, o π fazės moduliacijos energijos suvartojimas – tik 0,8 mW. Įvestas amplitudės pokytis yra mažesnis nei 10 %. Dar retesnis yra tai, kad šis moduliatorius yra vienodai efektyvus sunkiausioms mėlynos ir žalios spalvos juostoms matomoje spektro dalyje.“
Nanfang Yu taip pat atkreipė dėmesį, kad nors jie dar toli gražu nepasiekė elektroninių gaminių integracijos lygio, jų darbas smarkiai sumažino atotrūkį tarp fotoninių ir elektroninių jungiklių. „Jei ankstesnė moduliatorių technologija leido integruoti tik 100 bangolaidžių fazės moduliatorių, atsižvelgiant į tam tikrą lusto dydį ir energijos biudžetą, dabar tame pačiame luste galime integruoti 10 000 fazės keitiklių, kad pasiektume sudėtingesnių funkcijų.“
Trumpai tariant, šis projektavimo metodas gali būti taikomas elektrooptiniams moduliatoriams, siekiant sumažinti užimamą erdvę ir įtampos suvartojimą. Jis taip pat gali būti naudojamas kituose spektriniuose diapazonuose ir kituose skirtinguose rezonatorių projektuose. Šiuo metu tyrimų komanda bendradarbiauja, kad demonstruotų matomo spektro LIDAR, sudarytą iš fazės poslinkio matricų, pagrįstų tokiais mikrožiedais. Ateityje jis taip pat gali būti taikomas daugelyje sričių, pavyzdžiui, siekiant pagerinti optinį netiesiškumą, naujų lazerių ir naujos kvantinės optikos.
Straipsnio šaltinis: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Kinijos „Silicio slėnyje“ – Pekino Zhongguancune – įsikūrusi aukštųjų technologijų įmonė „Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd.“ yra skirta aptarnauti šalies ir užsienio mokslinių tyrimų įstaigas, tyrimų institutus, universitetus ir įmonių mokslinių tyrimų personalą. Mūsų įmonė daugiausia užsiima nepriklausomais optoelektronikos gaminių tyrimais ir plėtra, projektavimu, gamyba, pardavimu ir teikia novatoriškus sprendimus bei profesionalias, suasmenintas paslaugas mokslo tyrėjams ir pramonės inžinieriams. Po daugelio metų savarankiškų inovacijų ji suformavo turtingą ir tobulą fotoelektrinių gaminių seriją, kuri plačiai naudojama savivaldybių, kariuomenės, transporto, elektros energetikos, finansų, švietimo, medicinos ir kitose pramonės šakose.
Laukiame bendradarbiavimo su jumis!
Įrašo laikas: 2023 m. kovo 29 d.