У апошнія гады даследчыкі з розных краін выкарыстоўвалі інтэграваную фатоніку для паслядоўнай рэалізацыі маніпуляцый інфрачырвонымі светлавымі хвалямі і прымянення іх у высакахуткасных сетках 5G, чып-датчыках і аўтаномных транспартных сродках. У цяперашні час, з пастаянным паглыбленнем гэтага кірунку даследаванняў, даследчыкі пачалі праводзіць паглыбленае выяўленне больш кароткіх бачных светлавых палос і распрацоўваць больш шырокія прымяненні, такія як лідар на ўзроўні чыпаў, акуляры AR/VR/MR (палепшаная/віртуальная/гібрыдная) рэальнасць, галаграфічныя дысплеі, квантавыя працэсарныя чыпы, оптагенетычныя зонды, імплантаваныя ў мозг, і г.д.
Маштабная інтэграцыя аптычных фазавых мадулятараў з'яўляецца асновай аптычнай падсістэмы для аптычнай трасіроўкі на чыпе і фармавання хвалевага фронту ў вольнай прасторы. Гэтыя дзве асноўныя функцыі неабходныя для рэалізацыі розных ужыванняў. Аднак для аптычных фазавых мадулятараў у дыяпазоне бачнага святла асабліва складана адначасова задаволіць патрабаванні высокага каэфіцыента прапускання і высокай мадуляцыі. Каб задаволіць гэтае патрабаванне, нават найбольш прыдатныя матэрыялы на аснове нітрыду крэмнію і ніабату літыя павінны павялічыць аб'ём і спажыванне энергіі.
Каб вырашыць гэтую праблему, Міхал Ліпсан і Наньфан Ю з Калумбійскага ўніверсітэта распрацавалі тэрмааптычны фазавы мадулятар з нітрыду крэмнію на аснове адыябатычнага мікракальцавага рэзанатара. Яны даказалі, што мікракальцавы рэзанатар працуе ў стане моцнай сувязі. Прылада можа дасягнуць фазавай мадуляцыі з мінімальнымі стратамі. У параўнанні са звычайнымі хваляводнымі фазавымі мадулятарамі, прылада мае як мінімум на парадак меншую прастору і спажыванне энергіі. Адпаведны кантэнт быў апублікаваны ў Nature Photonics.
Міхал Ліпсан, вядучы эксперт у галіне інтэграванай фатонікі на аснове нітрыду крэмнію, сказаў: «Ключ да прапанаванага намі рашэння — выкарыстанне аптычнага рэзанатара і праца ў так званым стане моцнай сувязі».
Аптычны рэзанатар — гэта высокасіметрычная структура, якая можа пераўтвараць невялікую змену паказчыка праламлення ў змену фазы праз некалькі цыклаў светлавых прамянёў. Як правіла, яго можна падзяліць на тры розныя працоўныя станы: «недастатковая сувязь» і «недастатковая сувязь». Крытычная сувязь» і «моцная сувязь». Сярод іх «недастатковая сувязь» можа забяспечыць толькі абмежаваную фазавую мадуляцыю і прывядзе да непатрэбных змен амплітуды, а «крытычная сувязь» прывядзе да значных аптычных страт, тым самым уплываючы на рэальную прадукцыйнасць прылады.
Каб дасягнуць поўнай 2π-фазавай мадуляцыі і мінімальнага змянення амплітуды, даследчая група маніпулявала мікракольцам у стане «моцнай сувязі». Сіла сувязі паміж мікракольцам і «шынай» як мінімум у дзесяць разоў вышэйшая за страты ў мікракольцы. Пасля серыі праектных распрацовак і аптымізацыі канчатковая структура паказана на малюнку ніжэй. Гэта рэзананснае кольца з канічнай шырынёй. Вузкая частка хвалявода паляпшае аптычную сілу сувязі паміж «шынай» і мікрашпулькай. Шырокая частка хвалявода. Страты святла ў мікракольцы памяншаюцца за кошт памяншэння аптычнага рассейвання бакавой сценкі.
Хэцын Хуан, першы аўтар артыкула, таксама сказаў: «Мы распрацавалі мініяцюрны, энергазберагальны і надзвычай нізкія страты фазавага мадулятара бачнага святла з радыусам усяго 5 мкм і спажываннем магутнасці π-фазавай мадуляцыі ўсяго 0,8 мВт. Уведзенае змяненне амплітуды складае менш за 10%. Што яшчэ рэдка сустракаецца, дык гэта тое, што гэты мадулятар аднолькава эфектыўны для самых складаных сініх і зялёных дыяпазонаў бачнага спектру».
Наньфан Юй таксама адзначыў, што, хоць яны далёкія ад дасягнення ўзроўню інтэграцыі электронных прадуктаў, іх праца значна скараціла разрыў паміж фатоннымі і электроннымі перамыкачамі. «Калі папярэдняя тэхналогія мадулятараў дазваляла інтэграваць толькі 100 хваляводных фазавых мадулятараў пры пэўным памеры крышталя і бюджэце магутнасці, то цяпер мы можам інтэграваць 10 000 фазазрухальнікаў на адным крышталі для дасягнення больш складанай функцыі».
Карацей кажучы, гэты метад праектавання можа быць ужыты да электрааптычных мадулятараў для памяншэння займанай прасторы і спажывання напружання. Яго таксама можна выкарыстоўваць у іншых спектральных дыяпазонах і іншых розных канструкцыях рэзанатараў. У цяперашні час даследчая група супрацоўнічае ў дэманстрацыі лідара бачнага спектру, які складаецца з масіваў фазазрушвальнікаў на аснове такіх мікракольцаў. У будучыні ён таксама можа быць ужыты ў многіх сферах прымянення, такіх як паляпшэнне аптычнай нелінейнасці, новыя лазеры і новая квантавая оптыка.
Крыніца артыкула: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Кампанія Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., размешчаная ў кітайскай «Сіліконавай даліне» — Пекіне Чжунгуаньцунь, — гэта высокатэхналагічнае прадпрыемства, якое абслугоўвае айчынныя і замежныя навукова-даследчыя ўстановы, універсітэты і навукова-даследчы персанал прадпрыемстваў. Наша кампанія ў асноўным займаецца незалежнымі даследаваннямі і распрацоўкамі, праектаваннем, вытворчасцю і продажам оптаэлектроннай прадукцыі, а таксама прапануе інавацыйныя рашэнні і прафесійныя, персаналізаваныя паслугі для навукоўцаў-даследчыкаў і прамысловых інжынераў. Пасля многіх гадоў незалежных інавацый яна стварыла багатую і дасканалую серыю фотаэлектрычнай прадукцыі, якая шырока выкарыстоўваецца ў камунальнай, ваеннай, транспартнай, электраэнергетычнай, фінансавай, адукацыйнай, медыцынскай і іншых галінах прамысловасці.
Мы з нецярпеннем чакаем супрацоўніцтва з вамі!
Час публікацыі: 29 сакавіка 2023 г.