De afgelopen jaren hebben onderzoekers uit verschillende landen geïntegreerde fotonica gebruikt om achtereenvolgens de manipulatie van infrarode lichtgolven te realiseren en deze toe te passen op snelle 5G-netwerken, chipsensoren en autonome voertuigen.Momenteel, met de voortdurende verdieping van deze onderzoeksrichting, zijn onderzoekers begonnen met het uitvoeren van diepgaande detectie van kortere zichtbare lichtbanden en het ontwikkelen van uitgebreidere toepassingen, zoals LIDAR op chipniveau, AR/VR/MR (verbeterd/virtueel/ hybride) Realiteit) Brillen, holografische displays, kwantumverwerkingschips, optogenetische sondes geïmplanteerd in de hersenen, enz.
De grootschalige integratie van optische fasemodulatoren vormt de kern van het optische subsysteem voor optische routering op de chip en golffrontvorming in de vrije ruimte.Deze twee primaire functies zijn essentieel voor het realiseren van diverse toepassingen.Voor optische fasemodulatoren in het zichtbare lichtbereik is het echter bijzonder uitdagend om tegelijkertijd aan de eisen van hoge transmissie en hoge modulatie te voldoen.Om aan deze eis te voldoen, moeten zelfs de meest geschikte siliciumnitride- en lithiumniobaatmaterialen het volume en het energieverbruik verhogen.
Om dit probleem op te lossen, hebben Michal Lipson en Nanfang Yu van Columbia University een thermo-optische fasemodulator van siliciumnitride ontworpen, gebaseerd op de adiabatische microringresonator.Ze bewezen dat de microringresonator in een sterke koppelingstoestand werkt.Het apparaat kan fasemodulatie bereiken met minimaal verlies.Vergeleken met gewone golfgeleiderfasemodulatoren heeft het apparaat een reductie van de ruimte en het energieverbruik met een orde van grootte.De gerelateerde inhoud is gepubliceerd in Nature Photonics.
Michal Lipson, een vooraanstaand expert op het gebied van geïntegreerde fotonica, gebaseerd op siliciumnitride, zei: “De sleutel tot onze voorgestelde oplossing is het gebruik van een optische resonator en werken in een zogenaamde sterke koppelingstoestand.”
De optische resonator is een zeer symmetrische structuur, die een kleine verandering in de brekingsindex kan omzetten in een faseverandering via meerdere cycli van lichtbundels.Over het algemeen kan het worden onderverdeeld in drie verschillende werktoestanden: ‘onder koppeling’ en ‘onder koppeling’.Kritische koppeling” en “sterke koppeling.”Onder hen kan “onderkoppeling” slechts een beperkte fasemodulatie bieden en onnodige amplitudeveranderingen introduceren, en zal “kritische koppeling” aanzienlijk optisch verlies veroorzaken, waardoor de daadwerkelijke prestaties van het apparaat worden beïnvloed.
Om volledige 2π-fasemodulatie en minimale amplitudeverandering te bereiken, manipuleerde het onderzoeksteam de microring in een ‘sterke koppeling’-toestand.De koppelsterkte tussen de microring en de “bus” is minstens tien keer hoger dan het verlies van de microring.Na een reeks ontwerpen en optimalisaties wordt de uiteindelijke structuur weergegeven in onderstaande figuur.Dit is een resonante ring met een taps toelopende breedte.Het smalle golfgeleidergedeelte verbetert de optische koppelingssterkte tussen de “bus” en de microspoel.Het brede golfgeleidergedeelte. Het lichtverlies van de microring wordt verminderd door de optische verstrooiing van de zijwand te verminderen.
Heqing Huang, de eerste auteur van het artikel, zei ook: “We hebben een miniatuur, energiebesparende en extreem verliesarme fasemodulator voor zichtbaar licht ontworpen met een straal van slechts 5 μm en een π-fasemodulatie-energieverbruik van slechts 0,8 mW.De geïntroduceerde amplitudevariatie is minder dan 10%.Wat zeldzamer is, is dat deze modulator even effectief is voor de moeilijkste blauwe en groene banden in het zichtbare spectrum.”
Nanfang Yu wees er ook op dat, hoewel ze nog lang niet het niveau van integratie van elektronische producten hebben bereikt, hun werk de kloof tussen fotonische schakelaars en elektronische schakelaars dramatisch heeft verkleind.“Als de vorige modulatortechnologie slechts de integratie van 100 golfgeleiderfasemodulatoren toestond, gegeven een bepaalde chipvoetafdruk en vermogensbudget, dan kunnen we nu 10.000 faseverschuivers op dezelfde chip integreren om een complexere functie te bereiken.”
Kortom, deze ontwerpmethode kan worden toegepast op elektro-optische modulatoren om de bezette ruimte en het spanningsverbruik te verminderen.Het kan ook worden gebruikt in andere spectrale bereiken en andere verschillende resonatorontwerpen.Momenteel werkt het onderzoeksteam samen om het zichtbare spectrum LIDAR te demonstreren, bestaande uit faseverschuiverarrays op basis van dergelijke microringen.In de toekomst kan het ook worden toegepast op veel toepassingen, zoals verbeterde optische niet-lineariteit, nieuwe lasers en nieuwe kwantumoptica.
Artikelbron: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., gevestigd in de Chinese “Silicon Valley” – Beijing Zhongguancun, is een hightech onderneming die zich toelegt op het bedienen van binnen- en buitenlandse onderzoeksinstellingen, onderzoeksinstituten, universiteiten en wetenschappelijk onderzoekspersoneel.Ons bedrijf houdt zich voornamelijk bezig met onafhankelijk onderzoek en ontwikkeling, ontwerp, productie en verkoop van opto-elektronische producten en biedt innovatieve oplossingen en professionele, gepersonaliseerde diensten voor wetenschappelijke onderzoekers en industriële ingenieurs.Na jaren van onafhankelijke innovatie heeft het een rijke en perfecte serie foto-elektrische producten gevormd, die op grote schaal worden gebruikt in gemeentelijke, militaire, transport-, elektriciteits-, financiële, onderwijs-, medische en andere industrieën.
Wij kijken uit naar de samenwerking met u!
Posttijd: 29 maart 2023