Соңғы жылдары әртүрлі елдердің зерттеушілері инфрақызыл жарық толқындарын манипуляциялауды дәйекті түрде жүзеге асыру және оларды жоғары жылдамдықты 5G желілеріне, чип сенсорларына және автономды көліктерге қолдану үшін интеграцияланған фотониканы қолданды. Қазіргі уақытта, осы зерттеу бағытының үздіксіз тереңдеуімен, зерттеушілер қысқа көрінетін жарық жолақтарын терең анықтауды және чип деңгейіндегі LIDAR, AR/VR/MR (жақсартылған/виртуалды/гибридті) шындық) көзілдіріктері, голографиялық дисплейлер, кванттық өңдеу чиптері, миға имплантацияланған оптогенетикалық зондтар және т.б. сияқты кеңірек қолданбаларды әзірлеуді бастады.
Оптикалық фазалық модуляторлардың кең ауқымды интеграциясы чиптегі оптикалық маршруттау және бос кеңістік толқындық фронтын қалыптастыруға арналған оптикалық ішкі жүйенің негізі болып табылады. Бұл екі негізгі функция әртүрлі қолданбаларды жүзеге асыру үшін өте маңызды. Дегенмен, көрінетін жарық диапазонындағы оптикалық фазалық модуляторлар үшін жоғары өткізгіштік пен жоғары модуляция талаптарын бір уақытта қанағаттандыру өте қиын. Бұл талапты қанағаттандыру үшін тіпті ең қолайлы кремний нитриді мен литий ниобаты материалдарының да көлемі мен қуат тұтынуын арттыру қажет.
Бұл мәселені шешу үшін Колумбия университетінің Михал Липсон мен Нанфан Ю адиабаталық микросақиналы резонаторға негізделген кремний нитриді термо-оптикалық фазалық модуляторды жасап шығарды. Олар микросақиналы резонатордың күшті байланыс күйінде жұмыс істейтінін дәлелдеді. Құрылғы минималды шығынмен фазалық модуляцияға қол жеткізе алады. Кәдімгі толқын өткізгіш фазалық модуляторлармен салыстырғанда, құрылғының кеңістік пен қуат тұтынуы кем дегенде бір рет төмендейді. Байланысты мазмұн Nature Photonics журналында жарияланған.
Кремний нитридіне негізделген интеграцияланған фотоника саласындағы жетекші сарапшы Михал Липсон былай деді: «Біздің ұсынылған шешіміміздің кілті - оптикалық резонаторды пайдалану және күшті байланыс күйінде жұмыс істеу».
Оптикалық резонатор - өте симметриялы құрылым, ол жарық сәулелерінің бірнеше циклі арқылы сыну көрсеткішінің кіші өзгерісін фазалық өзгеріске айналдыра алады. Жалпы алғанда, оны үш түрлі жұмыс күйіне бөлуге болады: «байланыссыз» және «байланыссыз». Критикалық байланыс» және «күшті байланыс». Олардың ішінде «байланыссыз» тек шектеулі фазалық модуляцияны қамтамасыз ете алады және қажетсіз амплитудалық өзгерістерді енгізеді, ал «критикалық байланыс» айтарлықтай оптикалық шығынға әкеледі, осылайша құрылғының нақты жұмысына әсер етеді.
Толық 2π фазалық модуляцияға және минималды амплитудалық өзгеріске қол жеткізу үшін зерттеу тобы микросақинаны «күшті байланыс» күйінде басқарды. Микросақина мен «шина» арасындағы байланыс күші микросақинаның жоғалуынан кемінде он есе жоғары. Бірқатар дизайндар мен оңтайландырулардан кейін соңғы құрылым төмендегі суретте көрсетілген. Бұл конус тәрізді ені бар резонанстық сақина. Тар толқын өткізгіш бөлігі «шина» мен микро катушка арасындағы оптикалық байланыс беріктігін жақсартады. Кең толқын өткізгіш бөлігі Микросақинаның жарық жоғалуы бүйір қабырғасының оптикалық шашырауын азайту арқылы азаяды.
Мақаланың алғашқы авторы Хецин Хуан былай деді: «Біз радиусы небәрі 5 мкм және π-фазалық модуляция қуатын тұтынуы небәрі 0,8 мВт болатын миниатюралық, энергия үнемдейтін және өте төмен шығынды көрінетін жарық фазалық модуляторын жасадық. Енгізілген амплитудалық ауытқу 10%-дан аз. Сирек кездесетіні - бұл модулятор көрінетін спектрдегі ең қиын көк және жасыл жолақтар үшін бірдей тиімді».
Нанфан Юй сонымен қатар электронды өнімдерді интеграциялау деңгейіне жете алмағанымен, олардың жұмысы фотондық қосқыштар мен электрондық қосқыштар арасындағы алшақтықты айтарлықтай қысқартты деп атап өтті. «Егер бұрынғы модулятор технологиясы белгілі бір чиптің ізі мен қуат бюджеті берілгенде 100 толқын бағыттаушы фазалық модуляторды ғана интеграциялауға мүмкіндік берсе, енді біз күрделірек функцияға қол жеткізу үшін бір чипке 10 000 фазалық ауыстырғышты біріктіре аламыз».
Қысқасы, бұл жобалау әдісін бос кеңістікті және кернеу тұтынуын азайту үшін электро-оптикалық модуляторларға қолдануға болады. Оны басқа спектрлік диапазондарда және басқа да резонаторлық конструкцияларда да қолдануға болады. Қазіргі уақытта зерттеу тобы осындай микросақиналарға негізделген фазалық жылжытқыш массивтерден тұратын көрінетін спектрлі LIDAR-ды көрсету үшін ынтымақтастықта. Болашақта оны оптикалық сызықтық еместікті жақсарту, жаңа лазерлер және жаңа кванттық оптика сияқты көптеген қолданбаларға да қолдануға болады.
Мақала көзі: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Қытайдың «Кремний алқабында» – Бейжің Чжунгуаньцуньда орналасқан Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. – отандық және шетелдік ғылыми-зерттеу институттарына, ғылыми-зерттеу институттарына, университеттерге және кәсіпорынның ғылыми-зерттеу қызметкерлеріне қызмет көрсетуге арналған жоғары технологиялық кәсіпорын. Біздің компания негізінен оптоэлектрондық өнімдерді тәуелсіз зерттеу және әзірлеу, жобалау, өндіру, сатумен айналысады және ғылыми зерттеушілер мен өнеркәсіптік инженерлерге инновациялық шешімдер мен кәсіби, жекелендірілген қызметтерді ұсынады. Жылдар бойы тәуелсіз инновациялардан кейін ол муниципалдық, әскери, көлік, электр энергетикасы, қаржы, білім беру, медициналық және басқа да салаларда кеңінен қолданылатын фотоэлектрлік өнімдердің бай және мінсіз сериясын құрды.
Сізбен ынтымақтастықты асыға күтеміз!
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 29 наурыз