Son yıllarda, çeşitli ülkelerden araştırmacılar, entegre fotoniği kullanarak kızılötesi ışık dalgalarının manipülasyonunu başarıyla gerçekleştirmiş ve bunları yüksek hızlı 5G ağlarına, çip sensörlerine ve otonom araçlara uygulamışlardır. Şu anda, bu araştırma yönünün sürekli derinleşmesiyle birlikte, araştırmacılar daha kısa görünür ışık bantlarının derinlemesine tespitini gerçekleştirmeye ve çip seviyesinde LIDAR, AR/VR/MR (geliştirilmiş/sanal/hibrit) gerçeklik gözlükleri, holografik ekranlar, kuantum işleme çipleri, beyne yerleştirilen optogenetik problar vb. gibi daha kapsamlı uygulamalar geliştirmeye başlamışlardır.
Optik faz modülatörlerinin büyük ölçekli entegrasyonu, çip üzerinde optik yönlendirme ve serbest uzay dalga cephesi şekillendirme için optik alt sistemin çekirdeğini oluşturur. Bu iki temel işlev, çeşitli uygulamaların gerçekleştirilmesi için gereklidir. Bununla birlikte, görünür ışık aralığındaki optik faz modülatörleri için, aynı anda yüksek geçirgenlik ve yüksek modülasyon gereksinimlerini karşılamak özellikle zordur. Bu gereksinimi karşılamak için, en uygun silikon nitrür ve lityum niobat malzemeleri bile hacmi ve güç tüketimini artırmayı gerektirir.
Bu sorunu çözmek için Columbia Üniversitesi'nden Michal Lipson ve Nanfang Yu, adyabatik mikro halka rezonatörüne dayalı bir silikon nitrür termo-optik faz modülatörü tasarladılar. Mikro halka rezonatörünün güçlü bir kuplaj durumunda çalıştığını kanıtladılar. Cihaz, minimum kayıpla faz modülasyonu sağlayabiliyor. Sıradan dalga kılavuzu faz modülatörleriyle karşılaştırıldığında, cihazın alan ve güç tüketiminde en az bir mertebe azalma sağladığı görülüyor. İlgili içerik Nature Photonics dergisinde yayınlandı.
Silikon nitrür tabanlı entegre fotonik alanında önde gelen uzmanlardan Michal Lipson şunları söyledi: "Önerdiğimiz çözümün anahtarı, optik bir rezonatör kullanmak ve sözde güçlü eşleşme durumunda çalışmaktır."
Optik rezonatör, ışık demetlerinin çoklu döngüleri aracılığıyla küçük bir kırılma indisi değişimini faz değişimine dönüştürebilen, oldukça simetrik bir yapıdır. Genellikle üç farklı çalışma durumuna ayrılabilir: "düşük eşleşme", "kritik eşleşme" ve "güçlü eşleşme". Bunlardan "düşük eşleşme" yalnızca sınırlı faz modülasyonu sağlayabilir ve gereksiz genlik değişikliklerine neden olurken, "kritik eşleşme" önemli optik kayıplara yol açarak cihazın gerçek performansını etkiler.
Tam 2π faz modülasyonu ve minimum genlik değişimi elde etmek için, araştırma ekibi mikro halkayı "güçlü bağlantı" durumunda manipüle etti. Mikro halka ile "bus" arasındaki bağlantı gücü, mikro halkanın kaybından en az on kat daha yüksektir. Bir dizi tasarım ve optimizasyondan sonra, nihai yapı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu, konik genişliğe sahip bir rezonans halkasıdır. Dar dalga kılavuzu kısmı, "bus" ile mikro bobin arasındaki optik bağlantı gücünü artırır. Geniş dalga kılavuzu kısmı ise, yan duvarın optik saçılımını azaltarak mikro halkanın ışık kaybını azaltır.
Makalenin ilk yazarı Heqing Huang ayrıca şunları söyledi: “Sadece 5 μm yarıçapında ve yalnızca 0,8 mW π-faz modülasyon güç tüketimine sahip, minyatür, enerji tasarruflu ve son derece düşük kayıplı bir görünür ışık faz modülatörü tasarladık. Ortaya çıkan genlik değişimi %10'dan azdır. Daha da nadir olanı ise, bu modülatörün görünür spektrumdaki en zorlu mavi ve yeşil bantlar için de aynı derecede etkili olmasıdır.”
Nanfang Yu ayrıca, elektronik ürünlerin entegrasyon seviyesine ulaşmaktan çok uzak olsalar da, çalışmalarının fotonik anahtarlar ve elektronik anahtarlar arasındaki farkı önemli ölçüde daralttığını belirtti. “Önceki modülatör teknolojisi, belirli bir çip alanı ve güç bütçesi göz önüne alındığında yalnızca 100 dalga kılavuzu faz modülatörünün entegrasyonuna izin veriyorsa, şimdi aynı çip üzerinde 10.000 faz kaydırıcıyı entegre ederek daha karmaşık işlevler elde edebiliyoruz.”
Özetle, bu tasarım yöntemi, kapladığı alanı ve voltaj tüketimini azaltmak için elektro-optik modülatörlere uygulanabilir. Ayrıca diğer spektral aralıklarda ve farklı rezonatör tasarımlarında da kullanılabilir. Şu anda araştırma ekibi, bu tür mikro halkalara dayalı faz kaydırıcı dizilerinden oluşan görünür spektrum LIDAR'ını göstermek için işbirliği yapmaktadır. Gelecekte, gelişmiş optik doğrusal olmayanlık, yeni lazerler ve yeni kuantum optiği gibi birçok uygulamaya da uygulanabilir.
Makale kaynağı: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Çin'in "Silikon Vadisi" olarak bilinen Pekin Zhongguancun'da bulunan Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., yerli ve yabancı araştırma kurumlarına, araştırma enstitülerine, üniversitelere ve işletmelerin bilimsel araştırma personeline hizmet vermeye adanmış yüksek teknoloji bir kuruluştur. Şirketimiz esas olarak optoelektronik ürünlerin bağımsız araştırma ve geliştirme, tasarım, üretim ve satışıyla ilgilenmekte olup, bilimsel araştırmacılar ve endüstri mühendisleri için yenilikçi çözümler ve profesyonel, kişiselleştirilmiş hizmetler sunmaktadır. Yıllar süren bağımsız inovasyonun ardından, belediye, askeri, ulaşım, elektrik enerjisi, finans, eğitim, tıp ve diğer sektörlerde yaygın olarak kullanılan zengin ve mükemmel bir fotoelektrik ürün serisi oluşturmuştur.
Sizinle iş birliği yapmayı dört gözle bekliyoruz!
Yayın tarihi: 29 Mart 2023