Pēdējos gados pētnieki no dažādām valstīm ir izmantojuši integrēto fotoniku, lai secīgi realizētu infrasarkanās gaismas viļņu manipulāciju un pielietotu tos ātrgaitas 5G tīklos, mikroshēmu sensoros un autonomos transportlīdzekļos. Pašlaik, nepārtraukti padziļinot šo pētījumu virzienu, pētnieki ir sākuši veikt padziļinātu īsāku redzamās gaismas joslu noteikšanu un izstrādāt plašākus pielietojumus, piemēram, mikroshēmu līmeņa LIDAR, AR/VR/MR (uzlabotas/virtuālas/hibrīdas) realitātes brilles, hologrāfiskos displejus, kvantu apstrādes mikroshēmas, smadzenēs implantētas optoģenētiskās zondes utt.
Liela mēroga optisko fāzes modulatoru integrācija ir optiskās apakšsistēmas pamatā mikroshēmas optiskajai maršrutēšanai un brīvas telpas viļņu frontes veidošanai. Šīs divas galvenās funkcijas ir būtiskas dažādu pielietojumu realizēšanai. Tomēr optiskajiem fāzes modulatoriem redzamās gaismas diapazonā ir īpaši grūti vienlaikus izpildīt augstas caurlaidības un augstas modulācijas prasības. Lai izpildītu šo prasību, pat vispiemērotākajiem silīcija nitrīda un litija niobāta materiāliem ir jāpalielina tilpums un enerģijas patēriņš.
Lai atrisinātu šo problēmu, Kolumbijas Universitātes pētnieki Mihals Lipsons un Nanfangs Ju izstrādāja silīcija nitrīda termooptisko fāzes modulatoru, kura pamatā ir adiabātiskais mikrogredzena rezonators. Viņi pierādīja, ka mikrogredzena rezonators darbojas spēcīgā savienojuma stāvoklī. Ierīce var panākt fāzes modulāciju ar minimāliem zudumiem. Salīdzinot ar parastajiem viļņvadu fāzes modulatoriem, ierīcei ir vismaz par vienu kārtu mazāka telpa un enerģijas patēriņš. Saistītais saturs ir publicēts žurnālā Nature Photonics.
Mihals Lipsons, vadošais eksperts integrētās fotonikas jomā, kuras pamatā ir silīcija nitrīds, sacīja: "Mūsu piedāvātā risinājuma atslēga ir izmantot optisko rezonatoru un darboties tā sauktajā spēcīgajā savienojuma stāvoklī."
Optiskais rezonators ir ļoti simetriska struktūra, kas vairāku gaismas staru ciklu laikā var pārvērst nelielu refrakcijas indeksa izmaiņu fāzes izmaiņā. Parasti to var iedalīt trīs dažādos darba stāvokļos: “nepietiekama sasaiste” un “nepietiekama sasaiste”. “Kritiskā sasaiste” un “spēcīgā sasaiste”. Starp tiem “nepietiekama sasaiste” var nodrošināt tikai ierobežotu fāzes modulāciju un radīs nevajadzīgas amplitūdas izmaiņas, savukārt “kritiskā sasaiste” radīs ievērojamus optiskos zudumus, tādējādi ietekmējot ierīces faktisko veiktspēju.
Lai panāktu pilnīgu 2π fāzes modulāciju un minimālas amplitūdas izmaiņas, pētnieku komanda manipulēja ar mikrogredzenu "spēcīgas saiknes" stāvoklī. Savienojuma stiprums starp mikrogredzenu un "kopni" ir vismaz desmit reizes lielāks nekā mikrogredzena zudumi. Pēc virknes dizainu un optimizācijas galīgā struktūra ir parādīta attēlā zemāk. Tas ir rezonanses gredzens ar konusveida platumu. Šaurā viļņvada daļa uzlabo optiskā savienojuma stiprumu starp "kopni" un mikrospoli. Platā viļņvada daļa Mikrogredzena gaismas zudumi tiek samazināti, samazinot sānu sienas optisko izkliedi.
Raksta pirmais autors Hekins Huangs arī teica: “Mēs esam izstrādājuši miniatūru, enerģiju taupošu un ārkārtīgi mazu zudumu redzamās gaismas fāzes modulatoru ar tikai 5 μm rādiusu un π-fāzes modulācijas jaudas patēriņu tikai 0,8 mW. Ieviestā amplitūdas variācija ir mazāka par 10%. Retāk sastopams ir tas, ka šis modulators ir vienlīdz efektīvs vissarežģītākajās zilajās un zaļajās joslās redzamajā spektrā.”
Nanfangs Ju arī norādīja, ka, lai gan viņi ir tālu no elektronisko produktu integrācijas līmeņa sasniegšanas, viņu darbs ir ievērojami samazinājis plaisu starp fotoniskajiem slēdžiem un elektroniskajiem slēdžiem. "Ja iepriekšējā modulatoru tehnoloģija ļāva integrēt tikai 100 viļņvadu fāzes modulatorus, ņemot vērā noteiktu mikroshēmas izmēru un jaudas budžetu, tad tagad mēs varam integrēt 10 000 fāzes nobīdītājus vienā mikroshēmā, lai panāktu sarežģītāku funkciju."
Īsāk sakot, šo projektēšanas metodi var pielietot elektrooptiskiem modulatoriem, lai samazinātu aizņemto telpu un sprieguma patēriņu. To var izmantot arī citos spektra diapazonos un citos dažādos rezonatoru dizainos. Pašlaik pētnieku komanda sadarbojas, lai demonstrētu redzamā spektra LIDAR, kas sastāv no fāzes nobīdes masīviem, kuru pamatā ir šādi mikrogredzeni. Nākotnē to varēs pielietot arī daudzās lietojumprogrammās, piemēram, uzlabotā optiskajā nelinearitātē, jaunos lāzeros un jaunā kvantu optikā.
Raksta avots: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Pekinas Rofea Optoelectronics Co., Ltd., kas atrodas Ķīnas "Silīcija ielejā" – Pekinas Džungguancuņas rajonā, ir augsto tehnoloģiju uzņēmums, kas veltīts vietējo un ārvalstu pētniecības iestāžu, pētniecības institūtu, universitāšu un uzņēmumu zinātniskās pētniecības personāla apkalpošanai. Mūsu uzņēmums galvenokārt nodarbojas ar neatkarīgu optoelektronisko produktu pētniecību un izstrādi, projektēšanu, ražošanu un pārdošanu, kā arī nodrošina inovatīvus risinājumus un profesionālus, personalizētus pakalpojumus zinātniskajiem pētniekiem un rūpniecības inženieriem. Pēc gadiem ilgas neatkarīgas inovācijas tas ir izveidojis bagātīgu un perfektu fotoelektrisko produktu sēriju, ko plaši izmanto pašvaldību, militārajā, transporta, elektroenerģijas, finanšu, izglītības, medicīnas un citās nozarēs.
Mēs ceram uz sadarbību ar jums!
Publicēšanas laiks: 2023. gada 29. marts