Negli ultimi anni, i ricercatori di vari paesi hanno utilizzato la fotonica integrata per realizzare successivamente la manipolazione delle onde di luce a infrarossi e applicarle a reti 5G ad alta velocità, sensori di chip e veicoli autonomi. Al momento, con il continuo approfondimento di questa direzione di ricerca, i ricercatori hanno iniziato a effettuare un rilevamento approfondito di bande di luce visibile più brevi e sviluppare applicazioni più ampie, come lidar a livello di chip, ar/VR/MR (migliorato/virtuale/ibrido) realtà).
L'integrazione su larga scala dei modulatori di fase ottica è il nucleo del sottosistema ottico per il routing ottico on-chip e la modellatura del fronte d'onda dello spazio libero. Queste due funzioni prima ry sono essenziali per la realizzazione di varie applicazioni. Tuttavia, per i modulatori di fase ottica nella gamma di luce visibile, è particolarmente difficile soddisfare i requisiti di elevata trasmittanza e elevata modulazione allo stesso tempo. Per soddisfare questo requisito, anche il nitruro di silicio più adatto e i materiali niobati al litio devono aumentare il volume e il consumo di energia.
Per risolvere questo problema, Michal Lipson e Nanfang Yu della Columbia University hanno progettato un modulatore di fase termo-ottica a nitruro di silicio basato sul risonatore di micro-ring adiabatico. Hanno dimostrato che il risonatore di micro-ring opera in un forte stato di accoppiamento. Il dispositivo può ottenere la modulazione di fase con una perdita minima. Rispetto ai normali modulatori di fase della guida d'onda, il dispositivo ha almeno un ordine di riduzione della grandezza dello spazio e del consumo di energia. Il contenuto correlato è stato pubblicato su Nature Photonics.
Michal Lipson, uno dei principali esperti nel campo della fotonica integrata, basato sul nitruro di silicio, ha dichiarato: "La chiave della nostra soluzione proposta è utilizzare un risonatore ottico e operare in un cosiddetto stato di accoppiamento forte".
Il risonatore ottico è una struttura altamente simmetrica, che può convertire una piccola modifica dell'indice di rifrazione in una variazione di fase attraverso più cicli di raggi di luce. Generalmente, può essere diviso in tre diversi stati di lavoro: "sotto l'accoppiamento" e "sotto accoppiamento". Accoppiamento critico "e" accoppiamento forte ". Tra questi, "sotto l'accoppiamento" può solo fornire una modulazione di fase limitata e introdurrà cambiamenti di ampiezza inutili e "accoppiamento critico" causerà sostanziali perdite ottiche, influenzando così le prestazioni effettive del dispositivo.
Per ottenere una modulazione completa di 2π fase e un cambiamento di ampiezza minima, il team di ricerca ha manipolato il microring in uno stato di "accoppiamento forte". La forza di accoppiamento tra il microrance e il "bus" è almeno dieci volte superiore alla perdita del microring. Dopo una serie di design e ottimizzazione, la struttura finale è mostrata nella figura seguente. Questo è un anello risonante con una larghezza affusolata. La parte stretta della guida d'onda migliora la forza di accoppiamento ottico tra il "bus" e la micro-bobina. L'ampia guida d'onda parte La perdita di luce del microring viene ridotta riducendo la dispersione ottica del fianco.
Heqing Huang, il primo autore del documento, ha anche dichiarato: “Abbiamo progettato un modulatore in miniatura, risparmio energetico ed estremamente a bassa perdita visibile di luce visibile con un raggio di soli 5 μm e un consumo energetico di modulazione in fase π di soli 0,8 MW. La variazione di ampiezza introdotta è inferiore al 10%. Ciò che è più raro è che questo modulatore è altrettanto efficace per le bande blu e verdi più difficili nello spettro visibile. "
Nanfang Yu ha anche sottolineato che sebbene siano lungi dal raggiungere il livello di integrazione dei prodotti elettronici, il loro lavoro ha notevolmente ridotto il divario tra interruttori fotonici e interruttori elettronici. "Se la tecnologia del modulatore precedente consentiva solo l'integrazione di 100 modulatori di fase della guida d'onda, dato un determinato impronta e budget di potenza, ora possiamo integrare 10.000 comandi di fase sullo stesso chip per ottenere una funzione più complessa."
In breve, questo metodo di progettazione può essere applicato ai modulatori elettro-ottici per ridurre lo spazio occupato e il consumo di tensione. Può anche essere utilizzato in altri gamme spettrali e altri diversi design di risonatori. Al momento, il team di ricerca sta collaborando per dimostrare il lidar a spettro visibile composto da array di cambi di fase basati su tali microoring. In futuro, può anche essere applicato a molte applicazioni come la non linearità ottica migliorata, nuovi laser e nuove ottiche quantistiche.
Fonte dell'articolo: https: //mp.weixin.qq.com/s/o6ihstkmbpqkdov4coukxa
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Tempo post: mar-29-2023