Son yıllarda, çeşitli ülkelerden araştırmacılar, kızılötesi ışık dalgalarının manipülasyonunu gerçekleştirmek ve bunları yüksek hızlı 5G ağlarına, çip sensörlerine ve otonom araçlara uygulamak için entegre fotonik teknolojisini kullanmaktadır. Günümüzde, bu araştırma alanının 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 başlamıştır.
Optik faz modülatörlerinin geniş ölçekli entegrasyonu, çip üstü optik yönlendirme ve serbest uzay dalga cephesi şekillendirme için optik alt sistemin temelini oluşturur. Bu iki temel işlev, çeşitli uygulamaların gerçekleştirilmesi için olmazsa olmazdır. Ancak, görünür ışık aralığındaki optik faz modülatörleri için, yüksek geçirgenlik ve yüksek modülasyon gereksinimlerini aynı anda karşılamak özellikle zordur. Bu gereksinimi karşılamak için, en uygun silisyum nitrür ve lityum niyobat malzemelerinin bile hacim ve güç tüketimini artırması gerekir.
Bu sorunu çözmek için Columbia Üniversitesi'nden Michal Lipson ve Nanfang Yu, adiabatik mikro halka rezonatörüne dayalı bir silisyum 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, cihaz en az bir kat daha az yer kaplıyor ve güç tüketimi sağlıyor. İlgili içerik Nature Photonics'te yayınlandı.
Silisyum nitrür bazlı entegre fotonik alanında önde gelen uzmanlardan Michal Lipson, "Önerdiğimiz çözümün anahtarı, optik rezonatör kullanmak ve güçlü kuplaj durumu olarak adlandırılan bir durumda çalışmaktır" dedi.
Optik rezonatör, küçük bir kırılma indisi değişimini, birden fazla ışık huzmesi döngüsüyle faz değişimine dönüştürebilen oldukça simetrik bir yapıdır. Genel olarak üç farklı çalışma durumuna ayrılabilir: "alt kuplaj" ve "alt kuplaj". "Kritik kuplaj" ve "güçlü kuplaj". Bunlardan "alt kuplaj" yalnızca sınırlı faz modülasyonu sağlayabilir ve gereksiz genlik değişikliklerine neden olur; "kritik kuplaj" ise 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 kuplaj" durumuna getirdi. Mikro halka ile "veri yolu" arasındaki kuplaj kuvveti, mikro halkanın kaybından en az on kat daha yüksektir. Bir dizi tasarım ve optimizasyonun ardından, nihai yapı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu, konik genişliğe sahip rezonanslı bir halkadır. Dar dalga kılavuzu kısmı, "veri yolu" ile mikro bobin arasındaki optik kuplaj kuvvetini artırır. Geniş dalga kılavuzu kısmı ise, yan duvarın optik saçılımını azaltarak mikro halkanın ışık kaybını azaltır.
Makalenin baş yazarı Heqing Huang da şunları söyledi: "Yalnızca 5 μm yarıçaplı 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. Sunulan genlik değişimi %10'dan az. Daha da nadir olanı, bu modülatörün görünür spektrumdaki en zorlu mavi ve yeşil bantlar için eşit derecede etkili olmasıdır."
Nanfang Yu, elektronik ürünlerin entegrasyon seviyesine ulaşmaktan çok uzak olsalar da, çalışmalarının fotonik anahtarlar ile 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 veriyordu; şimdi ise daha karmaşık bir fonksiyon elde etmek için aynı çipe 10.000 faz kaydırıcı entegre edebiliyoruz."
Kısacası, bu tasarım yöntemi, kapladığı alanı ve voltaj tüketimini azaltmak için elektro-optik modülatörlere uygulanabilir. Ayrıca, diğer spektral aralıklarda ve farklı rezonatör tasarımlarında da kullanılabilir. Araştırma ekibi, şu anda bu tür mikro halkalara dayalı faz kaydırıcı dizilerden oluşan görünür spektrum LIDAR'ını göstermek için iş birliği yapmaktadır. Gelecekte, geliştirilmiş optik doğrusalsızlık, yeni lazerler ve yeni kuantum optiği gibi birçok uygulamaya da uygulanabilir.
Makale kaynağı:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Çin'in "Silikon Vadisi" Pekin Zhongguancun'da bulunan Beijing Rofea Optoelektronik Ltd. Şti., yerli ve yabancı araştırma kurumlarına, araştırma enstitülerine, üniversitelere ve kurumsal bilimsel araştırma personeline hizmet vermeyi amaçlayan bir yüksek teknoloji kuruluşudur. Şirketimiz ağırlıklı 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 inovasyon çalışmalarının ardından, belediye, askeri, ulaştırma, elektrik enerjisi, finans, eğitim, tıp ve diğer sektörlerde yaygın olarak kullanılan zengin ve mükemmel bir fotoelektrik ürün serisi oluşturmuştur.
Sizinle işbirliği yapmaktan mutluluk duyarız!
Gönderi zamanı: 29 Mart 2023