Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, para penyelidik dari pelbagai negara telah menggunakan fotonik bersepadu untuk merealisasikan manipulasi gelombang cahaya inframerah secara berturut-turut dan mengaplikasikannya pada rangkaian 5G berkelajuan tinggi, sensor cip dan kenderaan autonomi. Pada masa ini, dengan pendalaman berterusan hala tuju penyelidikan ini, para penyelidik telah mula menjalankan pengesanan mendalam jalur cahaya nampak yang lebih pendek dan membangunkan aplikasi yang lebih luas, seperti LIDAR peringkat cip, Cermin Mata (Realiti) AR/VR/MR (dipertingkatkan/maya/hibrid), paparan holografik, cip pemprosesan kuantum, prob optogenetik yang ditanamkan di dalam otak, dan sebagainya.
Integrasi berskala besar modulator fasa optik merupakan teras subsistem optik untuk penghalaan optik atas cip dan pembentukan muka gelombang ruang bebas. Kedua-dua fungsi utama ini penting untuk merealisasikan pelbagai aplikasi. Walau bagaimanapun, bagi modulator fasa optik dalam julat cahaya nampak, adalah amat mencabar untuk memenuhi keperluan transmisi tinggi dan modulasi tinggi pada masa yang sama. Untuk memenuhi keperluan ini, bahan silikon nitrida dan litium niobate yang paling sesuai pun perlu meningkatkan isipadu dan penggunaan kuasa.
Untuk menyelesaikan masalah ini, Michal Lipson dan Nanfang Yu dari Universiti Columbia mereka bentuk modulator fasa termo-optik silikon nitrida berdasarkan resonator mikro-cincin adiabatik. Mereka membuktikan bahawa resonator mikro-cincin beroperasi dalam keadaan gandingan yang kuat. Peranti ini boleh mencapai modulasi fasa dengan kehilangan yang minimum. Berbanding dengan modulator fasa pandu gelombang biasa, peranti ini mempunyai sekurang-kurangnya pengurangan magnitud dalam penggunaan ruang dan kuasa. Kandungan berkaitan telah diterbitkan dalam Nature Photonics.
Michal Lipson, pakar terkemuka dalam bidang fotonik bersepadu, berdasarkan silikon nitrida, berkata: “Kunci kepada penyelesaian yang dicadangkan adalah dengan menggunakan resonator optik dan beroperasi dalam keadaan gandingan kuat yang dipanggil.”
Resonator optik ialah struktur yang sangat simetri, yang boleh menukar perubahan indeks biasan kecil kepada perubahan fasa melalui berbilang kitaran pancaran cahaya. Secara amnya, ia boleh dibahagikan kepada tiga keadaan kerja yang berbeza: "gandingan bawah" dan "gandingan bawah". Gandingan kritikal dan "gandingan kuat". Antaranya, "gandingan bawah" hanya boleh memberikan modulasi fasa terhad dan akan memperkenalkan perubahan amplitud yang tidak perlu, dan "gandingan kritikal" akan menyebabkan kehilangan optik yang besar, sekali gus menjejaskan prestasi sebenar peranti.
Untuk mencapai modulasi fasa 2π yang lengkap dan perubahan amplitud yang minimum, pasukan penyelidikan memanipulasi mikrogelang dalam keadaan "gandingan kuat". Kekuatan gandingan antara mikrogelang dan "bas" adalah sekurang-kurangnya sepuluh kali lebih tinggi daripada kehilangan mikrogelang. Selepas beberapa siri reka bentuk dan pengoptimuman, struktur akhir ditunjukkan dalam rajah di bawah. Ini ialah cincin resonan dengan lebar tirus. Bahagian pandu gelombang yang sempit meningkatkan kekuatan gandingan optik antara "bas" dan gegelung mikro. Bahagian pandu gelombang yang lebar Kehilangan cahaya mikrogelang dikurangkan dengan mengurangkan penyebaran optik dinding sisi.
Heqing Huang, penulis pertama kertas kerja itu, juga berkata: “Kami telah mereka bentuk modulator fasa cahaya nampak mini, penjimatan tenaga dan kehilangan yang sangat rendah dengan jejari hanya 5 μm dan penggunaan kuasa modulasi fasa π hanya 0.8 mW. Variasi amplitud yang diperkenalkan adalah kurang daripada 10%. Apa yang lebih jarang berlaku ialah modulator ini sama berkesannya untuk jalur biru dan hijau yang paling sukar dalam spektrum yang boleh dilihat.”
Nanfang Yu juga menegaskan bahawa walaupun mereka masih jauh daripada mencapai tahap penyepaduan produk elektronik, hasil kerja mereka telah merapatkan jurang antara suis fotonik dan suis elektronik secara mendadak. “Jika teknologi modulator sebelumnya hanya membenarkan penyepaduan 100 modulator fasa pandu gelombang dengan diberi jejak cip dan bajet kuasa tertentu, maka kini kita boleh menyepadukan 10,000 penganjak fasa pada cip yang sama untuk mencapai Fungsi yang lebih kompleks.”
Pendek kata, kaedah reka bentuk ini boleh digunakan pada modulator elektro-optik untuk mengurangkan ruang yang diduduki dan penggunaan voltan. Ia juga boleh digunakan dalam julat spektrum lain dan reka bentuk resonator lain yang berbeza. Pada masa ini, pasukan penyelidikan sedang bekerjasama untuk menunjukkan spektrum LIDAR yang boleh dilihat yang terdiri daripada tatasusunan penganjak fasa berdasarkan mikrocincin tersebut. Pada masa hadapan, ia juga boleh digunakan pada banyak aplikasi seperti ketaklinearan optik yang dipertingkatkan, laser baharu dan optik kuantum baharu.
Sumber artikel: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. yang terletak di "Silicon Valley" China – Beijing Zhongguancun, merupakan sebuah perusahaan berteknologi tinggi yang berdedikasi untuk berkhidmat kepada institusi penyelidikan, institut penyelidikan, universiti dan kakitangan penyelidikan saintifik perusahaan domestik dan asing. Syarikat kami terutamanya terlibat dalam penyelidikan dan pembangunan bebas, reka bentuk, pembuatan, penjualan produk optoelektronik, dan menyediakan penyelesaian inovatif dan perkhidmatan profesional yang diperibadikan untuk penyelidik saintifik dan jurutera industri. Selepas bertahun-tahun inovasi bebas, ia telah membentuk satu siri produk fotoelektrik yang kaya dan sempurna, yang digunakan secara meluas dalam industri perbandaran, ketenteraan, pengangkutan, kuasa elektrik, kewangan, pendidikan, perubatan dan lain-lain.
Kami mengalu-alukan kerjasama dengan anda!
Masa siaran: 29 Mac 2023