An de leschte Joren hunn Fuerscher aus verschiddene Länner integréiert Photonik benotzt, fir d'Manipulatioun vun Infraroutliichtwellen successiv ze realiséieren an se op Héichgeschwindegkeets-5G-Netzwierker, Chipsensoren an autonom Gefierer anzuwenden. Mat der kontinuéierlecher Verdéiwung vun dëser Fuerschungsrichtung hunn d'Fuerscher elo ugefaang, eng detailléiert Detektioun vu méi kuerze siichtbare Liichtbänner duerchzeféieren an méi extensiv Uwendungen z'entwéckelen, wéi z. B. LIDAR op Chipniveau, AR/VR/MR (Enhanced/Virtual/Hybrid) Reality-Brëller, holographesch Displays, Quanteveraarbechtungschips, optogenetesch Sonden, déi am Gehir implantéiert sinn, etc.
Déi groussflächeg Integratioun vun optesche Phasenmodulatoren ass de Kär vum opteschen Ënnersystem fir On-Chip-optesch Routing a Fräiraum-Wellenfrontformung. Dës zwou primär Funktioune si wesentlech fir d'Realiséierung vu verschiddenen Uwendungen. Wéi och ëmmer, fir optesch Phasenmodulatoren am Beräich vum siichtbare Liicht ass et besonnesch schwéier, d'Ufuerderunge vun héijer Transmittanz an héijer Modulatioun gläichzäiteg ze erfëllen. Fir dës Ufuerderung ze erfëllen, mussen och déi gëeegentst Siliziumnitrid- a Lithiumniobatmaterialien de Volumen an den Energieverbrauch erhéijen.
Fir dëst Problem ze léisen, hunn de Michal Lipson an den Nanfang Yu vun der Columbia University en thermooptesche Phasenmodulator aus Siliziumnitrid entwéckelt, deen op dem adiabatesche Mikroringresonator baséiert. Si hunn bewisen, datt de Mikroringresonator an engem staarke Kopplungszoustand funktionéiert. Den Apparat kann eng Phasenmodulatioun mat minimale Verloschter erreechen. Am Verglach mat normale Wellenleiter-Phasenmodulatoren huet den Apparat op d'mannst eng Gréisstenuerdnungsreduktioun am Raum- a Stroumverbrauch. Den Inhalt gouf an der Zäitschrëft Nature Photonics publizéiert.
De Michal Lipson, e féierende Expert am Beräich vun der integréierter Photonik, baséiert op Siliziumnitrid, sot: "De Schlëssel zu eiser proposéierter Léisung ass et, en optesche Resonator ze benotzen an an engem sougenannte staarke Kopplungszoustand ze funktionéieren."
Den optesche Resonator ass eng héich symmetresch Struktur, déi eng kleng Ännerung vum Breechungsindex an eng Phasenännerung duerch verschidde Zyklen vu Liichtstralen ëmwandele kann. Allgemeng kann en an dräi verschidden Aarbechtszoustänn opgedeelt ginn: "Ënnerkupplung" an "Ënnerkupplung", "Kritesch Kupplung" a "staark Kupplung". Dorënner kann "Ënnerkupplung" nëmme limitéiert Phasenmodulatioun ubidden an onnéideg Amplitudenännerungen aféieren, an "kritesch Kupplung" verursaacht e wesentlechen optesche Verloscht, wouduerch d'tatsächlech Leeschtung vum Apparat beaflosst gëtt.
Fir eng komplett 2π-Phasenmodulatioun an eng minimal Amplitudenännerung z'erreechen, huet d'Fuerschungsteam de Mikroring an engem "staarke Kopplungs"-Zoustand manipuléiert. D'Kopplungsstäerkt tëscht dem Mikroring an dem "Bus" ass op d'mannst zéngmol méi héich wéi de Verloscht vum Mikroring. No enger Serie vun Designen an Optimiséierungen ass déi final Struktur an der Figur hei ënnendrënner gewisen. Dëst ass e resonante Rank mat enger konischer Breet. Den schmuele Wellenleiterdeel verbessert d'optesch Kopplungsstäerkt tëscht dem "Bus" an der Mikrospule. De breede Wellenleiterdeel De Liichtverloscht vum Mikroring gëtt reduzéiert andeems d'optesch Streuung vun der Säitewand reduzéiert gëtt.
Den Heqing Huang, den éischten Auteur vun der Publikatioun, sot och: „Mir hunn e Miniatur-, energiespuerenden a verloschtsarmen Phasenmodulator fir siichtbaart Liicht mat engem Radius vun nëmme 5 μm an engem Stroumverbrauch vun der π-Phasenmodulatioun vun nëmmen 0,8 mW entwéckelt. Déi agefouert Amplitudenvariatioun ass manner wéi 10%. Wat nach méi rar ass, ass datt dëse Modulator fir déi schwieregst blo a gréng Bänner am siichtbare Spektrum gläich effektiv ass.“
Den Nanfang Yu huet och drop higewisen, datt si zwar wäit dovun ewech sinn, den Niveau vun der Integratioun vun elektronesche Produkter z'erreechen, awer hir Aarbecht d'Lach tëscht photonesche Schalter an elektronesche Schalter dramatesch verklengert huet. „Wann déi fréier Modulatortechnologie nëmmen d'Integratioun vun 100 Wellenleiter-Phasenmodulatoren erlaabt huet, wann e bestëmmte Chip-Footprint a Stroumbudget ageschätzt ass, da kënne mir elo 10.000 Phasenschieber um selwechte Chip integréieren, fir eng méi komplex Funktioun z'erreechen.“
Kuerz gesot, dës Designmethod kann op elektrooptesch Modulatoren ugewannt ginn, fir de besatene Raum an de Spannungsverbrauch ze reduzéieren. Si kann och an anere Spektralberäicher an aner verschiddene Resonatorendesignen agesat ginn. Am Moment schafft d'Fuerschungsteam zesummen, fir de visuelle Spektrum-LIDAR ze demonstréieren, deen aus Phasenverschiebungsarrays baséiert op sou Mikroréng besteet. An Zukunft kann se och op vill Uwendungen ugewannt ginn, wéi zum Beispill verbessert optesch Netlinearitéit, nei Laseren an nei Quanteoptik.
Quell vum Artikel: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., mat Sëtz am chinesesche "Silicon Valley" - Beijing Zhongguancun, ass en High-Tech-Entreprise, deen sech dem Déngscht vun nationalen an auslännesche Fuerschungsinstituter, Fuerschungsinstituter, Universitéiten a wëssenschaftleche Fuerschungspersonal an Entreprisen engagéiert. Eis Firma beschäftegt sech haaptsächlech mat der onofhängeger Fuerschung an Entwécklung, dem Design, der Produktioun, dem Verkaf vun optoelektronesche Produkter a bitt innovativ Léisungen a professionell, personaliséiert Servicer fir wëssenschaftlech Fuerscher an Industrieingenieuren. No Jore vun onofhängeger Innovatioun huet si eng räich a perfekt Serie vu photoelektresche Produkter opgebaut, déi wäit verbreet an de kommunalen, militäreschen, transport-, elektresche, finanziellen, bildungs-, medezineschen an aneren Industrien agesat ginn.
Mir freeën eis op d'Zesummenaarbecht mat Iech!
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 29. Mäerz 2023