In den letzten Jahren haben Forscher aus verschiedenen Ländern integrierte Photonik verwendet, um die Manipulation von Infrarot-Lichtwellen nacheinander zu erkennen und sie auf Hochgeschwindigkeitsnetzwerke, Chip-Sensoren und autonome Fahrzeuge anzuwenden. Derzeit haben die Forscher mit der kontinuierlichen Vertiefung dieser Forschungsrichtung begonnen, einen detaillierten Erkennung kürzerer sichtbarer Lichtbänder durchzuführen und umfangreichere Anwendungen wie Lidar-Ebene, AR/VR/MR (Enhanced/Virtual/Hybrid) -Realität, Holographic-Displays, Quantum-Verarbeitungs-Chips, optogenetische, in der Realität implantierte, in der Hirngefühle implizierte Anwendungen zu entwickeln.
Die groß angelegte Integration optischer Phasenmodulatoren ist der Kern des optischen Subsystems für optische On-Chip-Routing und Freiraumwellenfrontformung. Diese beiden Hauptfunktionen sind für die Realisierung verschiedener Anwendungen wesentlich. Für optische Phasenmodulatoren im sichtbaren Lichtbereich ist es jedoch besonders schwierig, die Anforderungen einer hohen Sendung und hoher Modulation gleichzeitig zu erfüllen. Um diese Anforderung zu erfüllen, müssen selbst die am besten geeigneten Siliziumnitrid- und Lithium -Niobat -Materialien das Volumen und den Stromverbrauch erhöhen.
Um dieses Problem zu lösen, entwarfen Michal Lipson und Nanfang Yu von der Columbia University einen Silizium-Nitrid-Thermo-optischen Phasenmodulator basierend auf dem adiabatischen Mikro-Ring-Resonator. Sie haben bewiesen, dass der Mikro-Ring-Resonator in einem starken Kopplungszustand arbeitet. Das Gerät kann eine Phasenmodulation mit minimalem Verlust erreichen. Im Vergleich zu gewöhnlichen Wellenleiterphasenmodulatoren weist das Gerät mindestens eine Größenreduzierung des Raum- und Stromverbrauchs auf. Die damit verbundenen Inhalte wurden in Nature Photonics veröffentlicht.
Michal Lipson, ein führender Experte auf dem Gebiet der integrierten Photonik, basierend auf Siliziumnitrid, sagte: „Der Schlüssel zu unserer vorgeschlagenen Lösung besteht darin, einen optischen Resonator zu verwenden und in einem sogenannten starken Kopplungszustand zu arbeiten.“
Der optische Resonator ist eine stark symmetrische Struktur, die eine kleine Refraktionsindexänderung durch mehrere Zyklen von Lichtstrahlen in eine Phasenänderung umwandeln kann. Im Allgemeinen kann es in drei verschiedene Arbeitszustände unterteilt werden: „Unter Kopplung“ und „unter Kupplung“. Kritische Kopplung “und„ starke Kupplung “. Unter ihnen kann „Unterkopplung“ nur eine begrenzte Phasenmodulation liefern und unnötige Amplitudenänderungen einführen, und die „kritische Kopplung“ führt zu erheblichen optischen Verlusten, wodurch die tatsächliche Leistung des Geräts beeinträchtigt wird.
Um eine vollständige 2π -Phasenmodulation und minimale Veränderung der Amplitude zu erreichen, manipulierte das Forschungsteam die Mikritie in einem „starken Kopplungszustand“. Die Kopplungsfestigkeit zwischen der Mikrorie und dem „Bus“ ist mindestens zehnmal höher als der Verlust der Mikrorie. Nach einer Reihe von Designs und Optimierung ist die endgültige Struktur in der folgenden Abbildung dargestellt. Dies ist ein Resonanzring mit einer sich verjüngenden Breite. Der schmale Wellenleiterteil verbessert die optische Kopplungsfestigkeit zwischen dem „Bus“ und dem Mikro-Coil. Der breite Wellenleiter -Teil Der Lichtverlust der Mikrone wird reduziert, indem die optische Streuung der Seitenwand verringert wird.
Heqing Huang, der Erstautor des Papiers, sagte auch: „Wir haben einen Miniatur-, Energiespar- und extrem sichtbaren Leichtphasenmodulator mit niedrigem Verlust mit einem Radius von nur 5 μm und einem π-Phasenmodulationskraftverbrauch von nur 0,8 mW entworfen. Die eingeführte Amplitudenvariation beträgt weniger als 10%. Seltener ist, dass dieser Modulator für die schwierigsten blauen und grünen Bänder im sichtbaren Spektrum gleichermaßen effektiv ist. “
Nanfinang Yu wies auch darauf hin, dass ihre Arbeit, obwohl sie weit davon entfernt sind, das Niveau der Integration elektronischer Produkte zu erreichen, die Lücke zwischen photonischen Schalter und elektronischen Schalter dramatisch eingeschränkt hat. "Wenn die vorherige Modulator -Technologie nur die Integration von 100 Wellenleiterphasenmodulatoren zulässt, die einen bestimmten ChIP -Fußabdruck und einen bestimmten Strombudget haben, können wir nun 10.000 Phasenschieber in denselben Chip integrieren, um eine komplexere Funktion zu erzielen."
Kurz gesagt, diese Entwurfsmethode kann auf elektrooptische Modulatoren angewendet werden, um den besetzten Raum und den Spannungsverbrauch zu verringern. Es kann auch in anderen Spektralbereichen und anderen verschiedenen Resonatorkonstruktionen verwendet werden. Gegenwärtig kooperiert das Forschungsteam, um den sichtbaren Spektrum -LiDAR zu demonstrieren, der aus Phasenschaltanteilsanordnungen basiert, die auf solchen Mikrorien basieren. In Zukunft kann es auch auf viele Anwendungen wie verbesserte optische Nichtlinearität, neue Laser und neue Quantenoptik angewendet werden.
Artikelquelle: https: //mp.weixin.qq.com/s/o6ihstkmbpqkdov4coukxa
Peking Rofea Optoelectronics Co., Ltd., das sich in Chinas „Silicon Valley“-Peking Zhongguancun befindet, ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich der Dienung von Inlands- und ausländischen Forschungsinstitutionen, Forschungsinstituten, Universitäten und wissenschaftlichen Forschungspersonen für Unternehmen widmet. Unser Unternehmen ist hauptsächlich in der unabhängigen Forschung und Entwicklung, des Designs, der Fertigung, des Verkaufs von optoelektronischen Produkten beteiligt und bietet innovative Lösungen und berufliche, personalisierte Dienstleistungen für wissenschaftliche Forscher und Industrieingenieure. Nach Jahren unabhängiger Innovation hat es eine reichhaltige und perfekte Reihe von photoelektrischen Produkten gebildet, die in kommunalen, militärischen, Transport-, Elektromacht-, Finanz-, Bildung, medizinischen und anderen Branchen weit verbreitet sind.
Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit Ihnen!
Postzeit: März-2023