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.En l'actualitat, amb l'aprofundiment continu d'aquesta direcció de recerca, els investigadors han començat a realitzar una detecció en profunditat de bandes de llum visible més curtes i a desenvolupar aplicacions més extenses, com ara LIDAR a nivell de xip, AR/VR/MR (enhanced/virtual/). híbrid) Realitat) Ulleres, pantalles hologràfiques, xips de processament quàntic, sondes optogenètiques implantades al cervell, etc.
La integració a gran escala dels moduladors de fase òptica és el nucli del subsistema òptic per a l'encaminament òptic en xip i la conformació del front d'ona a l'espai lliure.Aquestes dues funcions primàries són essencials per a la realització de diverses aplicacions.Tanmateix, per als moduladors de fase òptica en el rang de llum visible, és especialment difícil complir els requisits d'alta transmitància i alta modulació al mateix temps.Per complir amb aquest requisit, fins i tot els materials de nitrur de silici i niobat de liti més adequats han d'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 termo-òptica de nitrur de silici basat en el ressonador de microanells adiabàtics.Van demostrar que el ressonador de micro-anell 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'ona normals, el dispositiu té almenys 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 líder 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 funcionar 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 mitjançant múltiples cicles de raigs de llum.En general, es pot dividir en tres estats de treball diferents: "sota acoblament" i "sota acoblament".Acoblament crític” i “acoblament fort”.Entre ells, "sota acoblament" només pot proporcionar una modulació de fase limitada i introduirà canvis d'amplitud innecessaris, i "l'acoblament crític" provocarà una pèrdua òptica substancial, afectant així el rendiment real del dispositiu.
Per aconseguir una modulació de fase completa de 2π i un canvi d'amplitud mínim, l'equip d'investigació va manipular el microanell en un estat de "acoblament fort".La força d'acoblament entre el microring i el "bus" és almenys deu vegades més gran que la pèrdua del microring.Després d'una sèrie de dissenys i optimització, l'estructura final es mostra a la figura següent.Es tracta d'un anell ressonant amb una amplada afilada.La part estreta de la guia d'ona millora la força d'acoblament òptic entre el "bus" i la micro-bobina.La part ampla de la guia d'ona 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, que estalvia energia i amb 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 sigui igual de efectiu 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 dels productes electrònics, el seu treball ha reduït dràsticament la bretxa entre els interruptors fotònics i els interruptors electrònics."Si la tecnologia del modulador anterior només permetia la integració de 100 moduladors de fase de guia d'ona donada una determinada petjada de xip i un pressupost de potència, ara podem integrar 10.000 canvis de fase al mateix xip per aconseguir una funció més complexa".
En resum, aquest mètode de disseny es pot aplicar a moduladors electro-òptics per reduir l'espai ocupat i el consum de tensió.També es pot utilitzar en altres rangs espectrals i altres dissenys de ressonadors diferents.Actualment, l'equip d'investigació està cooperant per demostrar el LIDAR d'espectre visible format per matrius de canvi 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. ubicada a la "Silicon Valley" de la Xina - Beijing Zhongguancun, és una empresa d'alta tecnologia dedicada a servir institucions de recerca nacionals i estrangeres, instituts de recerca, universitats i personal d'investigació científica empresarial.La nostra empresa es dedica principalment a la investigació i desenvolupament independents, disseny, fabricació, 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 indústries municipals, militars, de transport, d'energia elèctrica, finances, educació, medicina i altres indústries.
Esperem cooperar amb vosaltres!
Hora de publicació: 29-mar-2023