Viimastel aastatel on erinevate riikide teadlased kasutanud integreeritud fotoonikat, et järjestikku realiseerida infrapunavalguslainete manipuleerimist ja rakendada neid kiiretel 5G-võrkudel, kiibisensoritel ja autonoomsetel sõidukitel. Praegu on selle uurimissuuna pideva süvendamisega teadlased hakanud teostama lühemate nähtava valguse ribade põhjalikku tuvastamist ja arendama ulatuslikumaid rakendusi, nagu kiibitaseme LIDAR, AR/VR/MR (täiustatud/virtuaalne/hübriidreaalsus) prillid, holograafilised ekraanid, kvantprotsessori kiibid, ajju implanteeritud optogeneetilised sondid jne.
Optiliste faasimodulaatorite ulatuslik integreerimine on kiibil oleva optilise marsruutimise ja vaba ruumi lainefrondi kujundamise optilise alamsüsteemi tuum. Need kaks peamist funktsiooni on mitmesuguste rakenduste realiseerimiseks hädavajalikud. Nähtava valguse vahemikus olevate optiliste faasimodulaatorite puhul on aga eriti keeruline täita samaaegselt nii suure läbilaskvuse kui ka suure modulatsiooni nõudeid. Selle nõude täitmiseks peavad isegi kõige sobivamad räninitriidi ja liitiumniobaadi materjalid suurendama mahtu ja energiatarbimist.
Selle probleemi lahendamiseks konstrueerisid Columbia ülikooli Michal Lipson ja Nanfang Yu adiabaatilise mikrorõngasresonaatori baasil räninitriidist termooptilise faasimodulaatori. Nad tõestasid, et mikrorõngasresonaator töötab tugevas sidestusolekus. Seade suudab saavutada faasimodulatsiooni minimaalse kaduga. Võrreldes tavaliste lainejuht-faasimodulaatoritega on seadmel vähemalt suurusjärgu võrra väiksem ruum ja energiatarve. Seotud sisu on avaldatud ajakirjas Nature Photonics.
Räninitriidil põhineva integreeritud fotoonika valdkonna juhtiv ekspert Michal Lipson ütles: „Meie pakutud lahenduse võti on optilise resonaatori kasutamine ja selle toimimine niinimetatud tugeva sidestuse olekus.“
Optiline resonaator on väga sümmeetriline struktuur, mis suudab mitme valguskiire tsükli jooksul muuta väikese murdumisnäitaja muutuse faasimuutuseks. Üldiselt saab selle jagada kolmeks erinevaks tööolekuks: „alanenud sidestus“ ja „alanenud sidestus“, „kriitiline sidestus“ ja „tugev sidestus“. Nende hulgas suudab „alanenud sidestus“ pakkuda vaid piiratud faasimodulatsiooni ja toob kaasa tarbetuid amplituudimuutusi ning „kriitiline sidestus“ põhjustab olulist optilist kadu, mõjutades seeläbi seadme tegelikku jõudlust.
Täieliku 2π faasimodulatsiooni ja minimaalse amplituudimuutuse saavutamiseks manipuleeris uurimisrühm mikrorõngast "tugeva sidestuse" olekus. Mikrorõnga ja "siini" vaheline sidestustugevus on vähemalt kümme korda suurem kui mikrorõnga kadu. Pärast mitmeid projekteerimis- ja optimeerimistöid on lõplik struktuur näidatud alloleval joonisel. See on koonilise laiusega resonantne rõngas. Kitsas lainejuhtosa parandab optilist sidestustugevust "siini" ja mikromähise vahel. Lai lainejuhtosa Mikrorõnga valguskadu väheneb külgseina optilise hajumise vähendamise teel.
Artikli esimene autor Heqing Huang ütles ka: „Oleme konstrueerinud miniatuurse, energiasäästliku ja äärmiselt väikese kadudega nähtava valguse faasimodulaatori, mille raadius on vaid 5 μm ja π-faasi modulatsiooni energiatarve vaid 0,8 mW. Tekkiv amplituudimuutus on alla 10%. Haruldasemalt on see modulaator võrdselt efektiivne ka kõige keerulisemate siniste ja roheliste ribade puhul nähtavas spektris.“
Nanfang Yu tõi välja ka, et kuigi nad on elektroonikaseadmete integreerimise tasemest kaugel, on nende töö dramaatiliselt vähendanud lõhet footonlülitite ja elektrooniliste lülitite vahel. „Kui varasem modulaatoritehnoloogia võimaldas teatud kiibi jalajälje ja energiaeelarve korral integreerida vaid 100 lainejuhtfaasimodulaatorit, siis nüüd saame samale kiibile integreerida 10 000 faasinihutajat, et saavutada keerukamaid funktsioone.“
Lühidalt öeldes saab seda disainimeetodit rakendada elektrooptiliste modulaatorite puhul, et vähendada hõivatud ruumi ja pingetarbimist. Seda saab kasutada ka teistes spektraalvahemikes ja muudes erinevates resonaatori konstruktsioonides. Praegu teeb uurimisrühm koostööd, et demonstreerida nähtava spektri LIDAR-i, mis koosneb sellistel mikrorõngastel põhinevatest faasinihutite massiividest. Tulevikus saab seda rakendada ka paljudes rakendustes, näiteks täiustatud optilise mittelineaarsuse, uute laserite ja uue kvantoptika jaoks.
Artikli allikas: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Hiina „Silicon Valleys“ – Pekingi Zhongguancunis – asuv Pekingi Rofea Optoelectronics Co., Ltd. on kõrgtehnoloogiaettevõte, mis on pühendunud kodumaiste ja välismaiste teadusasutuste, uurimisinstituutide, ülikoolide ja ettevõtete teadustöötajate teenindamisele. Meie ettevõte tegeleb peamiselt optoelektrooniliste toodete iseseisva uurimis- ja arendustegevuse, disaini, tootmise ja müügiga ning pakub teadlastele ja tööstusinseneridele uuenduslikke lahendusi ja professionaalseid, personaalseid teenuseid. Pärast aastaid kestnud iseseisvat innovatsiooni on see loonud rikkaliku ja täiusliku fotoelektriliste toodete seeria, mida kasutatakse laialdaselt munitsipaal-, sõjaväe-, transpordi-, elektri-, finants-, haridus-, meditsiini- ja muudes tööstusharudes.
Ootame koostööd teiega!
Postituse aeg: 29. märts 2023