Nos últimos anos, investigadores de varios países utilizaron fotónica integrada para realizar sucesivamente a manipulación de ondas de luz infravermella e aplicalas a redes 5G de alta velocidade, sensores de chip e vehículos autónomos. Na actualidade, coa continua profundización desta dirección de investigación, os investigadores comezaron a realizar unha detección en profundidade de bandas de luz visible máis curtas e desenvolver aplicacións máis extensas, como LIDAR a nivel de chip, AR/VR/MR (enhanced/virtual/). híbrido) Realidade) Gafas, pantallas holográficas, chips de procesamento cuántico, sondas optoxenéticas implantadas no cerebro, etc.
A integración a gran escala de moduladores de fase óptica é o núcleo do subsistema óptico para o enrutamento óptico no chip e a conformación da fronte de onda do espazo libre. Estas dúas funcións primarias son esenciais para a realización de varias aplicacións. Non obstante, para os moduladores de fase óptica no rango de luz visible, é particularmente difícil cumprir os requisitos de alta transmitancia e alta modulación ao mesmo tempo. Para cumprir este requisito, incluso os materiais de nitruro de silicio e niobato de litio máis axeitados necesitan aumentar o volume e o consumo de enerxía.
Para resolver este problema, Michal Lipson e Nanfang Yu da Universidade de Columbia deseñaron un modulador de fase termo-óptico de nitruro de silicio baseado no resonador de microanel adiabático. Eles demostraron que o resonador de micro-anel funciona nun estado de acoplamento forte. O dispositivo pode lograr a modulación de fase cunha perda mínima. En comparación cos moduladores de fase de guía de onda comúns, o dispositivo ten polo menos unha orde de magnitude de redución no espazo e no consumo de enerxía. O contido relacionado foi publicado en Nature Photonics.
Michal Lipson, un experto líder no campo da fotónica integrada, baseada en nitruro de silicio, dixo: "A clave da nosa solución proposta é usar un resonador óptico e operar nun estado de acoplamento forte".
O resonador óptico é unha estrutura altamente simétrica, que pode converter un pequeno cambio do índice de refracción nun cambio de fase a través de múltiples ciclos de raios de luz. Xeralmente, pódese dividir en tres estados de traballo diferentes: "baixo acoplamento" e "baixo acoplamento". Acoplamento crítico" e "acoplamento forte". Entre eles, o "acoplamento baixo" só pode proporcionar unha modulación de fase limitada e introducirá cambios de amplitude innecesarios, e o "acoplamento crítico" provocará unha perda óptica substancial, afectando así o rendemento real do dispositivo.
Para conseguir unha modulación de fase completa de 2π e un cambio de amplitude mínimo, o equipo de investigación manipulou o microring nun estado de "acoplamento forte". A forza de acoplamento entre o microring e o "bus" é polo menos dez veces maior que a perda do microring. Despois dunha serie de deseños e optimizacións, a estrutura final móstrase na seguinte figura. Este é un anel resonante cun ancho cónico. A parte estreita da guía de onda mellora a forza de acoplamento óptico entre o "bus" e a microbobina. A parte de guía de ondas anchas A perda de luz do microring redúcese ao reducir a dispersión óptica da parede lateral.
Heqing Huang, o primeiro autor do artigo, tamén dixo: "Deseñamos un modulador de fase de luz visible en miniatura, de aforro de enerxía e de perdas extremadamente baixas, cun raio de só 5 μm e un consumo de enerxía de modulación de fase π de só. 0,8 mW. A variación de amplitude introducida é inferior ao 10%. O que é máis raro é que este modulador sexa igualmente efectivo para as bandas azuis e verdes máis difíciles do espectro visible".
Nanfang Yu tamén sinalou que aínda que están lonxe de alcanzar o nivel de integración dos produtos electrónicos, o seu traballo reduciu drasticamente a diferenza entre os interruptores fotónicos e os interruptores electrónicos. "Se a tecnoloxía de modulador anterior só permitía a integración de 100 moduladores de fase de guía de onda dada unha determinada pegada de chip e orzamento de potencia, agora podemos integrar 10.000 cambiadores de fase no mesmo chip para lograr unha función máis complexa".
En resumo, este método de deseño pódese aplicar a moduladores electro-ópticos para reducir o espazo ocupado e o consumo de tensión. Tamén se pode usar noutros rangos espectrais e outros deseños de resonadores diferentes. Na actualidade, o equipo de investigación está a cooperar para demostrar o LIDAR de espectro visible composto por matrices de desfasadores baseadas en tales microaneles. No futuro, tamén se pode aplicar a moitas aplicacións como a non linealidade óptica mellorada, novos láseres e novas ópticas cuánticas.
Fonte do artigo: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd, situada no "Silicon Valley" de China - Beijing Zhongguancun, é unha empresa de alta tecnoloxía dedicada a servir a institucións de investigación nacionais e estranxeiras, institutos de investigación, universidades e persoal de investigación científica empresarial. A nosa empresa dedícase principalmente á investigación e desenvolvemento independente, deseño, fabricación, venda de produtos optoelectrónicos e ofrece solucións innovadoras e servizos profesionais e personalizados para investigadores científicos e enxeñeiros industriais. Despois de anos de innovación independente, formou unha serie rica e perfecta de produtos fotoeléctricos, que son amplamente utilizados en industrias municipais, militares, transportes, enerxía eléctrica, finanzas, educación, medicina e outras industrias.
Estamos ansiosos por colaborar contigo!
Hora de publicación: 29-mar-2023