Under de senaste åren har forskare från olika länder använt integrerad fotonik för att successivt realisera manipulation av infraröda ljusvågor och tillämpa dem på höghastighets 5G-nätverk, chipsensorer och autonoma fordon.För närvarande, med den kontinuerliga fördjupningen av denna forskningsriktning, har forskare börjat utföra djupgående detektering av kortare synliga ljusband och utveckla mer omfattande applikationer, såsom chip-nivå LIDAR, AR/VR/MR (enhanced/virtual/ hybrid) Verklighet) Glasögon, holografiska displayer, kvantbearbetningschips, optogenetiska sonder implanterade i hjärnan, etc.
Den storskaliga integrationen av optiska fasmodulatorer är kärnan i det optiska delsystemet för optisk routing på chip och vågfrontsformning av fritt utrymme.Dessa två primära funktioner är väsentliga för realiseringen av olika tillämpningar.För optiska fasmodulatorer i området för synligt ljus är det dock särskilt utmanande att samtidigt uppfylla kraven på hög transmittans och hög modulering.För att uppfylla detta krav måste även de mest lämpliga kiselnitrid- och litiumniobatmaterialen öka volymen och strömförbrukningen.
För att lösa detta problem designade Michal Lipson och Nanfang Yu från Columbia University en termooptisk fasmodulator av kiselnitrid baserad på den adiabatiska mikroringresonatorn.De bevisade att mikroringresonatorn fungerar i ett starkt kopplingstillstånd.Enheten kan uppnå fasmodulering med minimal förlust.Jämfört med vanliga vågledarfasmodulatorer har enheten åtminstone en storleksordningsminskning i utrymme och energiförbrukning.Det relaterade innehållet har publicerats i Nature Photonics.
Michal Lipson, en ledande expert inom området integrerad fotonik, baserad på kiselnitrid, sa: "Nyckeln till vår föreslagna lösning är att använda en optisk resonator och arbeta i ett så kallat starkt kopplingstillstånd."
Den optiska resonatorn är en mycket symmetrisk struktur, som kan omvandla en liten förändring av brytningsindex till en fasförändring genom flera cykler av ljusstrålar.Generellt kan den delas in i tre olika arbetslägen: "under koppling" och "under koppling."Kritisk koppling" och "stark koppling."Bland dem kan "under koppling" endast ge begränsad fasmodulering och kommer att introducera onödiga amplitudförändringar, och "kritisk koppling" kommer att orsaka betydande optisk förlust, vilket påverkar enhetens faktiska prestanda.
För att uppnå fullständig 2π-fasmodulering och minimal amplitudförändring manipulerade forskargruppen mikroringen i ett "stark kopplings"-tillstånd.Kopplingsstyrkan mellan mikroringen och "bussen" är minst tio gånger högre än förlusten av mikroringen.Efter en serie konstruktioner och optimering visas den slutliga strukturen i figuren nedan.Detta är en resonansring med en avsmalnande bredd.Den smala vågledardelen förbättrar den optiska kopplingsstyrkan mellan "bussen" och mikrospolen.Den breda vågledardelen Ljusförlusten från mikroringen reduceras genom att minska sidoväggens optiska spridning.
Heqing Huang, den första författaren till uppsatsen, sa också: "Vi har designat en miniatyr, energibesparande och extremt låg förlust fasmodulator för synligt ljus med en radie på endast 5 μm och en π-fas moduleringsströmförbrukning på endast 0,8 mW.Den införda amplitudvariationen är mindre än 10 %.Vad som är ovanligare är att den här modulatorn är lika effektiv för de svåraste blå och gröna banden i det synliga spektrumet."
Nanfang Yu påpekade också att även om de är långt ifrån att nå nivån av integration av elektroniska produkter, har deras arbete dramatiskt minskat klyftan mellan fotoniska switchar och elektroniska switchar."Om den tidigare modulatortekniken bara tillät integrering av 100 vågledarfasmodulatorer givet ett visst chipfotavtryck och effektbudget, då kan vi nu integrera 10 000 fasskiftare på samma chip för att uppnå mer komplex funktion."
Kort sagt kan denna designmetod tillämpas på elektrooptiska modulatorer för att minska det upptagna utrymmet och spänningsförbrukningen.Den kan också användas i andra spektralområden och andra olika resonatorkonstruktioner.För närvarande samarbetar forskargruppen för att demonstrera det synliga spektrumet LIDAR som består av fasskiftarmatriser baserade på sådana mikroringar.I framtiden kan det också tillämpas på många applikationer som förbättrad optisk olinjäritet, nya lasrar och ny kvantoptik.
Artikelkälla: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. beläget i Kinas "Silicon Valley" – Beijing Zhongguancun, är ett högteknologiskt företag dedikerat till att betjäna inhemska och utländska forskningsinstitutioner, forskningsinstitut, universitet och företagsvetenskaplig forskningspersonal.Vårt företag är huvudsakligen engagerat i oberoende forskning och utveckling, design, tillverkning, försäljning av optoelektroniska produkter och tillhandahåller innovativa lösningar och professionella, personliga tjänster för vetenskapliga forskare och industriingenjörer.Efter år av oberoende innovation har den bildat en rik och perfekt serie av fotoelektriska produkter, som används i stor utsträckning inom kommunala, militära, transporter, elkraft, finans, utbildning, medicinsk och andra industrier.
Vi ser fram emot samarbetet med dig!
Posttid: Mar-29-2023