En els darrers anys, investigadors de diversos països han utilitzat la fotònica integrada per realitzar successivament la manipulació d'ones de llum infraroja i aplicar-les a xarxes 5G d'alta velocitat, sensors de xips i vehicles autònoms. Actualment, amb l'aprofundiment continu d'aquesta direcció de recerca, els investigadors han començat a dur a terme una detecció en profunditat de bandes de llum visible més curtes i a desenvolupar aplicacions més àmplies, com ara LIDAR a nivell de xip, ulleres AR/VR/MR (realitat millorada/virtual/híbrida), pantalles hologràfiques, xips de processament quàntic, sondes optogenètiques implantades al cervell, etc.
La integració a gran escala de moduladors de fase òptica és el nucli del subsistema òptic per a l'encaminament òptic en xip i la conformació del front d'ona en espai lliure. Aquestes dues funcions principals són essencials per a la realització de diverses aplicacions. Tanmateix, per als moduladors de fase òptica en el rang de llum visible, és particularment difícil complir els requisits d'alta transmitància i alta modulació alhora. Per complir aquest requisit, fins i tot els materials de nitrur de silici i niobat de liti més adequats necessiten augmentar el volum i el consum d'energia.
Per resoldre aquest problema, Michal Lipson i Nanfang Yu, de la Universitat de Columbia, van dissenyar un modulador de fase termoòptic de nitrur de silici basat en el ressonador de microanell adiabàtic. Van demostrar que el ressonador de microanell funciona en un estat d'acoblament fort. El dispositiu pot aconseguir la modulació de fase amb una pèrdua mínima. En comparació amb els moduladors de fase de guia d'ones ordinaris, el dispositiu té com a mínim una reducció d'un ordre de magnitud en l'espai i el consum d'energia. El contingut relacionat s'ha publicat a Nature Photonics.
Michal Lipson, un expert destacat en el camp de la fotònica integrada, basada en nitrur de silici, va dir: "La clau de la nostra solució proposada és utilitzar un ressonador òptic i operar en un estat d'acoblament fort".
El ressonador òptic és una estructura altament simètrica, que pot convertir un petit canvi d'índex de refracció en un canvi de fase a través de múltiples cicles de feixos de llum. Generalment, es pot dividir en tres estats de funcionament diferents: "acoblament insuficient" i "acoblament insuficient". Acoblament crític i "acoblament fort". Entre ells, el "acoblament insuficient" només pot proporcionar una modulació de fase limitada i introduirà canvis d'amplitud innecessaris, i l'"acoblament crític" causarà una pèrdua òptica substancial, afectant així el rendiment real del dispositiu.
Per aconseguir una modulació de fase 2π completa i un canvi d'amplitud mínim, l'equip de recerca va manipular el microanell en un estat d'"acoblament fort". La força d'acoblament entre el microanell i el "bus" és almenys deu vegades superior a la pèrdua del microanell. Després d'una sèrie de dissenys i optimitzacions, l'estructura final es mostra a la figura següent. Es tracta d'un anell ressonant amb una amplada cònica. La part estreta de la guia d'ones millora la força d'acoblament òptic entre el "bus" i la microbobina. La part ampla de la guia d'ones La pèrdua de llum del microanell es redueix reduint la dispersió òptica de la paret lateral.
Heqing Huang, el primer autor de l'article, també va dir: "Hem dissenyat un modulador de fase de llum visible en miniatura, d'estalvi d'energia i de pèrdues extremadament baixes amb un radi de només 5 μm i un consum d'energia de modulació de fase π de només 0,8 mW. La variació d'amplitud introduïda és inferior al 10%. El que és més rar és que aquest modulador és igualment eficaç per a les bandes blaves i verdes més difícils de l'espectre visible".
Nanfang Yu també va assenyalar que, tot i que estan lluny d'assolir el nivell d'integració de productes electrònics, el seu treball ha reduït dràsticament la bretxa entre els interruptors fotònics i els interruptors electrònics. "Si la tecnologia de modulador anterior només permetia la integració de 100 moduladors de fase de guia d'ones donada una determinada petjada de xip i pressupost d'energia, ara podem integrar 10.000 canviadors de fase al mateix xip per aconseguir una funció més complexa".
En resum, aquest mètode de disseny es pot aplicar a moduladors electroòptics per reduir l'espai ocupat i el consum de voltatge. També es pot utilitzar en altres rangs espectrals i altres dissenys de ressonadors diferents. Actualment, l'equip de recerca està cooperant per demostrar el LIDAR d'espectre visible compost per matrius de canviadors de fase basades en aquests microanells. En el futur, també es pot aplicar a moltes aplicacions com ara la no linealitat òptica millorada, els nous làsers i la nova òptica quàntica.
Font de l'article: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., situada a la "Silicon Valley" de la Xina – Beijing Zhongguancun, és una empresa d'alta tecnologia dedicada a servir a institucions de recerca nacionals i estrangeres, instituts de recerca, universitats i personal de recerca científica empresarial. La nostra empresa es dedica principalment a la recerca i desenvolupament independents, disseny, fabricació i venda de productes optoelectrònics, i ofereix solucions innovadores i serveis professionals i personalitzats per a investigadors científics i enginyers industrials. Després d'anys d'innovació independent, ha format una sèrie rica i perfecta de productes fotoelèctrics, que s'utilitzen àmpliament en les indústries municipal, militar, de transport, d'energia elèctrica, financera, educació, mèdica i altres.
Esperem poder cooperar amb vosaltres!
Data de publicació: 29 de març de 2023