در سال‌های اخیر، محققان کشورهای مختلف از فوتونیک مجتمع برای تحقق بخشیدن به دستکاری امواج نور مادون قرمز و اعمال آنها به شبکه‌های پرسرعت 5G، حسگرهای تراشه و وسایل نقلیه خودران استفاده کرده‌اند. در حال حاضر، با تعمیق مداوم این مسیر تحقیقاتی، محققان شروع به انجام تشخیص عمیق باندهای نور مرئی کوتاه‌تر و توسعه کاربردهای گسترده‌تر، مانند LIDAR در سطح تراشه، عینک‌های واقعیت افزوده/مجازی/ترکیبی (AR/VR/MR)، نمایشگرهای هولوگرافی، تراشه‌های پردازش کوانتومی، پروب‌های اپتوژنتیک کاشته شده در مغز و غیره کرده‌اند.
ادغام مدولاتورهای فاز نوری در مقیاس بزرگ، هسته اصلی زیرسیستم نوری برای مسیریابی نوری روی تراشه و شکل‌دهی جبهه موج فضای آزاد است. این دو عملکرد اصلی برای تحقق کاربردهای مختلف ضروری هستند. با این حال، برای مدولاتورهای فاز نوری در محدوده نور مرئی، برآورده کردن الزامات عبور بالا و مدولاسیون بالا به طور همزمان، به ویژه چالش برانگیز است. برای برآورده کردن این الزام، حتی مناسب‌ترین مواد نیترید سیلیکون و نیوبات لیتیوم نیز نیاز به افزایش حجم و مصرف برق دارند.
برای حل این مشکل، مایکل لیپسون و نانفانگ یو از دانشگاه کلمبیا یک مدولاتور فاز ترمواپتیکی سیلیکون نیتریدی را بر اساس تشدیدگر میکرو-حلقه آدیاباتیک طراحی کردند. آنها ثابت کردند که تشدیدگر میکرو-حلقه در حالت کوپلینگ قوی عمل می‌کند. این دستگاه می‌تواند مدولاسیون فاز را با حداقل تلفات انجام دهد. در مقایسه با تعدیل‌کننده‌های فاز موجبر معمولی، این دستگاه حداقل یک مرتبه کاهش در فضا و مصرف برق دارد. مطالب مرتبط در مجله Nature Photonics منتشر شده است.
مایکل لیپسون، متخصص برجسته در زمینه فوتونیک مجتمع، مبتنی بر نیترید سیلیکون، گفت: «کلید راه‌حل پیشنهادی ما استفاده از یک تشدیدگر نوری و عملکرد در حالت به اصطلاح اتصال قوی است.»
تشدیدگر نوری یک ساختار بسیار متقارن است که می‌تواند تغییر ضریب شکست کوچک را از طریق چندین چرخه پرتوهای نور به تغییر فاز تبدیل کند. به طور کلی، می‌توان آن را به سه حالت کاری مختلف تقسیم کرد: "کوپلینگ زیرین" و "کوپلینگ زیرین". کوپلینگ بحرانی" و "کوپلینگ قوی". در میان آنها، "کوپلینگ زیرین" تنها می‌تواند مدولاسیون فاز محدودی را فراهم کند و تغییرات دامنه غیرضروری را ایجاد می‌کند و "کوپلینگ بحرانی" باعث اتلاف نوری قابل توجهی می‌شود و در نتیجه بر عملکرد واقعی دستگاه تأثیر می‌گذارد.
برای دستیابی به مدولاسیون فاز کامل 2π و حداقل تغییر دامنه، تیم تحقیقاتی میکروحلقه را در حالت "کوپلینگ قوی" دستکاری کردند. قدرت کوپلینگ بین میکروحلقه و "گذرگاه" حداقل ده برابر بیشتر از اتلاف میکروحلقه است. پس از یک سری طراحی و بهینه‌سازی، ساختار نهایی در شکل زیر نشان داده شده است. این یک حلقه رزونانس با عرض مخروطی است. بخش موجبر باریک، قدرت کوپلینگ نوری بین "گذرگاه" و میکروسیم‌پیچ را بهبود می‌بخشد. بخش موجبر پهن. اتلاف نور میکروحلقه با کاهش پراکندگی نوری دیواره جانبی کاهش می‌یابد.
هکینگ هوانگ، نویسنده اول این مقاله، همچنین گفت: «ما یک مدولاتور فاز نور مرئی مینیاتوری، کم‌مصرف و بسیار کم‌اتلاف با شعاع تنها ۵ میکرومتر و مصرف توان مدولاسیون فاز π تنها ۰.۸ میلی‌وات طراحی کرده‌ایم. تغییر دامنه معرفی‌شده کمتر از ۱۰٪ است. نکته نادرتر این است که این مدولاتور برای دشوارترین باندهای آبی و سبز در طیف مرئی به یک اندازه مؤثر است.»
نانفانگ یو همچنین اشاره کرد که اگرچه آنها از رسیدن به سطح یکپارچه‌سازی محصولات الکترونیکی فاصله زیادی دارند، اما کار آنها شکاف بین سوئیچ‌های فوتونی و سوئیچ‌های الکترونیکی را به طرز چشمگیری کاهش داده است. «اگر فناوری مدولاتور قبلی فقط امکان ادغام ۱۰۰ مدولاتور فاز موجبر را با توجه به فضای اشغالی تراشه و بودجه توان مشخص فراهم می‌کرد، اکنون می‌توانیم ۱۰۰۰۰ شیفت‌دهنده فاز را روی همان تراشه ادغام کنیم تا به عملکرد پیچیده‌تری دست یابیم.»
به طور خلاصه، این روش طراحی می‌تواند برای مدولاتورهای الکترواپتیکی به منظور کاهش فضای اشغال شده و مصرف ولتاژ اعمال شود. همچنین می‌تواند در سایر محدوده‌های طیفی و سایر طرح‌های تشدیدگر مختلف مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر، تیم تحقیقاتی در حال همکاری برای نشان دادن طیف مرئی LIDAR متشکل از آرایه‌های تغییر فاز مبتنی بر چنین ریزحلقه‌هایی است. در آینده، می‌توان آن را در بسیاری از کاربردها مانند غیرخطی نوری پیشرفته، لیزرهای جدید و اپتیک کوانتومی جدید نیز اعمال کرد.
منبع مقاله: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
شرکت پکن روفیا اپتوالکترونیک، واقع در "سیلیکون ولی" چین - پکن ژونگ‌گوانکون، یک شرکت فناوری پیشرفته است که به ارائه خدمات به مؤسسات تحقیقاتی داخلی و خارجی، مؤسسات تحقیقاتی، دانشگاه‌ها و پرسنل تحقیقات علمی شرکت‌ها اختصاص دارد. شرکت ما عمدتاً در تحقیق و توسعه، طراحی، تولید و فروش مستقل محصولات اپتوالکترونیک فعالیت دارد و راه‌حل‌های نوآورانه و خدمات حرفه‌ای و شخصی‌سازی‌شده را برای محققان علمی و مهندسان صنایع ارائه می‌دهد. پس از سال‌ها نوآوری مستقل، مجموعه‌ای غنی و بی‌نقص از محصولات فوتوالکتریک را تشکیل داده است که به طور گسترده در صنایع شهری، نظامی، حمل و نقل، برق، امور مالی، آموزش، پزشکی و سایر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم!
زمان ارسال: ۲۹ مارس ۲۰۲۳