Nos últimos anos, investigadores de varios países empregaron a 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 levar a cabo unha detección en profundidade de bandas de luz visible máis curtas e a desenvolver aplicacións máis extensas, como LIDAR a nivel de chip, lentes AR/VR/MR (realidade mellorada/virtual/híbrida), pantallas holográficas, chips de procesamento cuántico, sondas optoxenéticas implantadas no cerebro, etc.
A integración a grande escala de moduladores de fase ópticos é o núcleo do subsistema óptico para o enrutamento óptico no chip e a conformación da fronte de onda no espazo libre. Estas dúas funcións principais son esenciais para a realización de diversas aplicacións. Non obstante, para os moduladores de fase ópticos no rango de luz visible, é particularmente difícil cumprir os requisitos de alta transmitancia e alta modulación ao mesmo tempo. Para cumprir este requisito, mesmo os materiais de nitruro de silicio e niobato de litio máis axeitados necesitan aumentar o volume e o consumo de enerxía.
Para solucionar este problema, Michal Lipson e Nanfang Yu, da Universidade de Columbia, deseñaron un modulador de fase termoóptico de nitruro de silicio baseado no resonador de microanel adiabático. Demostraron que o resonador de microanel 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 ondas ordinarios, o dispositivo ten unha redución de espazo e consumo de enerxía de polo menos unha orde de magnitude. O contido relacionado foi publicado en Nature Photonics.
Michal Lipson, un destacado experto no campo da fotónica integrada, baseada en nitruro de silicio, afirmou: «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 de índice de refracción nun cambio de fase a través de múltiples ciclos de feixes de luz. Xeralmente, pódese dividir en tres estados de funcionamento diferentes: "acoplamento insuficiente" e "acoplamento insuficiente", "acoplamento crítico" e "acoplamento forte". Entre eles, o "acoplamento insuficiente" só pode proporcionar unha modulación de fase limitada e introducirá cambios de amplitude innecesarios, e o "acoplamento crítico" causará unha perda óptica substancial, afectando así o rendemento real do dispositivo.
Para lograr unha modulación de fase 2π completa e un cambio de amplitude mínimo, o equipo de investigación manipulou o microanel nun estado de "acoplamento forte". A forza de acoplamento entre o microanel e o "bus" é polo menos dez veces maior que a perda do microanel. Tras unha serie de deseños e optimización, a estrutura final móstrase na figura seguinte. Trátase dun anel resonante cunha anchura cónica. A parte estreita da guía de ondas mellora a forza de acoplamento óptico entre o "bus" e a microbobina. A parte ancha da guía de ondas A perda de luz do microanel redúcese ao reducir a dispersión óptica da parede lateral.
Heqing Huang, o primeiro autor do artigo, tamén afirmou: «Deseñamos un modulador de fase de luz visible en miniatura, de aforro de enerxía e de perdas extremadamente baixas, cun radio 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 máis raro é que este modulador sexa igualmente eficaz 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 de produtos electrónicos, o seu traballo reduciu drasticamente a brecha entre os interruptores fotónicos e os interruptores electrónicos. «Se a tecnoloxía de moduladores anterior só permitía a integración de 100 moduladores de fase de guía de ondas dada unha determinada pegada do chip e orzamento de enerxía, 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 electroópticos para reducir o espazo ocupado e o consumo de tensión. Tamén se pode empregar 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 desprazadores de fase baseadas nestes microaneis. No futuro, tamén se pode aplicar a moitas aplicacións, como a mellora da non linealidade óptica, os novos láseres e a nova óptica cuántica.
Fonte do artigo: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., situada no "Silicon Valley" da China (Pequín 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 independentes, deseño, fabricación e venda de produtos optoelectrónicos, e ofrece solucións innovadoras e servizos profesionais e personalizados para investigadores científicos e enxeñeiros industriais. Tras anos de innovación independente, formou unha serie rica e perfecta de produtos fotoeléctricos, que se usan amplamente nas industrias municipal, militar, de transporte, enerxía eléctrica, financeira, educativa, médica e outras.
Agardamos con interese a túa cooperación!
Data de publicación: 29 de marzo de 2023