کوچکترین مدولاتور فاز نور مرئی با کمترین توان تولید می شود

در سال‌های اخیر، محققان کشورهای مختلف از فوتونیک یکپارچه برای درک متوالی دستکاری امواج نور مادون قرمز و اعمال آن در شبکه‌های پرسرعت 5G، حسگرهای تراشه و وسایل نقلیه خودران استفاده کرده‌اند. در حال حاضر، با تعمیق مداوم این جهت تحقیقاتی، محققان شروع به تشخیص عمیق نوارهای نور مرئی کوتاهتر و توسعه برنامه های کاربردی گسترده تر، مانند LIDAR در سطح تراشه، AR/VR/MR (بهبود/مجازی/) کرده اند. ترکیبی) واقعیت) عینک ها، نمایشگرهای هولوگرافیک، تراشه های پردازش کوانتومی، کاوشگرهای اپتوژنتیک کاشته شده در مغز و غیره.

ادغام در مقیاس بزرگ مدولاتورهای فاز نوری هسته اصلی زیرسیستم نوری برای مسیریابی نوری روی تراشه و شکل‌دهی جبهه موج در فضای آزاد است. این دو عملکرد اولیه برای تحقق کاربردهای مختلف ضروری هستند. با این حال، برای مدولاتورهای فاز نوری در محدوده نور مرئی، به ویژه چالش برانگیز است که الزامات انتقال بالا و مدولاسیون بالا را به طور همزمان برآورده کنند. برای برآورده کردن این نیاز، حتی مناسب ترین نیترید سیلیکون و نیوبات لیتیوم نیز نیاز به افزایش حجم و مصرف انرژی دارند.

برای حل این مشکل، Michal Lipson و Nanfang Yu از دانشگاه کلمبیا یک مدولاتور فاز ترمو-اپتیک نیترید سیلیکونی را بر اساس تشدید کننده میکرو حلقه آدیاباتیک طراحی کردند. آنها ثابت کردند که تشدید کننده میکرو حلقه در یک حالت جفت قوی عمل می کند. این دستگاه می تواند با حداقل تلفات به مدولاسیون فاز دست یابد. در مقایسه با مدولاتورهای فاز موجبر معمولی، دستگاه حداقل یک مرتبه کاهش در فضا و مصرف انرژی دارد. مطالب مرتبط در Nature Photonics منتشر شده است.

مایکل لیپسون، یک متخصص برجسته در زمینه فوتونیک یکپارچه، بر اساس نیترید سیلیکون، گفت: "کلید راه حل پیشنهادی ما استفاده از تشدید کننده نوری و عملکرد به اصطلاح حالت جفت قوی است."

تشدید کننده نوری یک ساختار بسیار متقارن است که می تواند یک تغییر کوچک ضریب شکست را از طریق چرخه های متعدد پرتوهای نور به تغییر فاز تبدیل کند. به طور کلی، می توان آن را به سه حالت مختلف تقسیم کرد: "تحت کوپلینگ" و "تحت کوپلینگ". جفت بحرانی» و «کوپلینگ قوی». در میان آنها، "تحت کوپلینگ" تنها می تواند مدولاسیون فاز محدود را ارائه دهد و تغییرات دامنه غیر ضروری را ایجاد کند، و "کوپلینگ بحرانی" باعث از دست دادن نوری قابل توجهی می شود و در نتیجه بر عملکرد واقعی دستگاه تأثیر می گذارد.

برای دستیابی به مدولاسیون کامل فاز 2π و حداقل تغییر دامنه، تیم تحقیقاتی ریزحلقه را در حالت "کوپلینگ قوی" دستکاری کردند. قدرت جفت بین میکرورینگ و "اتوبوس" حداقل ده برابر بیشتر از تلفات میکرورینگ است. پس از یک سری طراحی و بهینه سازی، ساختار نهایی در شکل زیر نشان داده شده است. این یک حلقه رزونانس با عرض مخروطی است. بخش باریک موجبر قدرت جفت نوری بین "باس" و میکرو سیم پیچ را بهبود می بخشد. بخش موجبر گسترده اتلاف نور میکرورینگ با کاهش پراکندگی نوری دیواره جانبی کاهش می یابد.

Heqing Huang، اولین نویسنده مقاله، همچنین گفت: "ما یک مدولاتور فاز نور مرئی مینیاتوری، صرفه جویی در انرژی و بسیار کم تلفات با شعاع تنها 5 میکرومتر و مصرف انرژی مدولاسیون فاز π تنها طراحی کرده ایم. 0.8 مگاوات تنوع دامنه معرفی شده کمتر از 10٪ است. آنچه نادرتر است این است که این تعدیل کننده برای دشوارترین نوارهای آبی و سبز در طیف مرئی به همان اندازه مؤثر است.

Nanfang Yu همچنین اشاره کرد که اگرچه آنها تا رسیدن به سطح یکپارچه سازی محصولات الکترونیکی فاصله زیادی دارند، اما کار آنها به طور چشمگیری شکاف بین سوئیچ های فوتونیک و سوئیچ های الکترونیکی را کاهش داده است. "اگر فناوری مدولاتور قبلی تنها اجازه ادغام 100 مدولاتور فاز موجبر را با توجه به ردپای تراشه و بودجه توان مشخص می داد، اکنون می توانیم 10000 تغییر دهنده فاز را روی همان تراشه ادغام کنیم تا به عملکرد پیچیده تری دست یابیم."

به طور خلاصه، این روش طراحی را می توان برای مدولاتورهای الکترواپتیک برای کاهش فضای اشغال شده و مصرف ولتاژ اعمال کرد. همچنین می توان از آن در سایر محدوده های طیفی و دیگر طرح های تشدید کننده مختلف استفاده کرد. در حال حاضر، تیم تحقیقاتی در حال همکاری برای نشان دادن طیف مرئی LIDAR متشکل از آرایه‌های تغییر دهنده فاز بر اساس چنین حلقه‌هایی هستند. در آینده، می‌توان آن را برای بسیاری از کاربردها مانند غیرخطی‌سازی نوری پیشرفته، لیزرهای جدید و اپتیک کوانتومی جدید نیز به کار برد.

منبع مقاله: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA

Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. واقع در "سیلیکون ولی" چین - Beijing Zhongguancun، یک شرکت با فناوری پیشرفته است که به موسسات تحقیقاتی داخلی و خارجی، موسسات تحقیقاتی، دانشگاه ها و کارکنان تحقیقات علمی سازمانی اختصاص یافته است. شرکت ما عمدتاً در زمینه تحقیق و توسعه مستقل، طراحی، ساخت، فروش محصولات نوری الکترونیکی فعالیت می کند و راه حل های نوآورانه و خدمات حرفه ای و شخصی را برای محققان علمی و مهندسان صنایع ارائه می دهد. پس از سالها نوآوری مستقل، مجموعه ای غنی و کامل از محصولات فوتوالکتریک را تشکیل داده است که به طور گسترده در صنایع شهری، نظامی، حمل و نقل، برق، مالی، آموزشی، پزشکی و سایر صنایع استفاده می شود.

ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم!