იბადება ყველაზე პატარა ხილული სინათლის ფაზის მოდულატორი ყველაზე დაბალი სიმძლავრით

ბოლო წლებში მკვლევარებმა სხვადასხვა ქვეყნიდან გამოიყენეს ინტეგრირებული ფოტონიკა ინფრაწითელი სინათლის ტალღების თანმიმდევრული მანიპულაციის გასაცნობად და მათი გამოყენების მაღალსიჩქარიანი 5G ქსელებში, ჩიპების სენსორებსა და ავტონომიურ მანქანებზე. ამჟამად, ამ კვლევის მიმართულების უწყვეტი გაღრმავებასთან ერთად, მკვლევარებმა დაიწყეს უფრო მოკლე ხილული სინათლის ზოლების სიღრმისეული გამოვლენა და უფრო ფართო აპლიკაციების განვითარება, როგორიცაა ჩიპის დონის LIDAR, AR/VR/MR (გაძლიერებული/ვირტუალური/ ჰიბრიდი) რეალობა) სათვალეები, ჰოლოგრაფიული დისპლეები, კვანტური დამუშავების ჩიპები, ტვინში ჩადგმული ოპტოგენეტიკური ზონდები და ა.შ.

ოპტიკური ფაზის მოდულატორების ფართომასშტაბიანი ინტეგრაცია არის ოპტიკური ქვესისტემის ბირთვი ჩიპზე ოპტიკური მარშრუტიზაციისთვის და თავისუფალი სივრცის ტალღის ფრონტის ფორმირებისთვის. ეს ორი ძირითადი ფუნქცია აუცილებელია სხვადასხვა აპლიკაციების რეალიზაციისთვის. თუმცა, ხილული სინათლის დიაპაზონში ოპტიკური ფაზის მოდულატორებისთვის განსაკუთრებით რთულია ერთდროულად მაღალი გამტარიანობისა და მაღალი მოდულაციის მოთხოვნების დაკმაყოფილება. ამ მოთხოვნის დასაკმაყოფილებლად, სილიციუმის ნიტრიდის და ლითიუმის ნიობატის ყველაზე შესაფერის მასალასაც კი სჭირდება მოცულობისა და ენერგიის მოხმარების გაზრდა.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად მიხალ ლიპსონმა და ნანფანგ იუმ კოლუმბიის უნივერსიტეტიდან შეიმუშავეს სილიციუმის ნიტრიდის თერმოოპტიკური ფაზის მოდულატორი, რომელიც დაფუძნებულია ადიაბატურ მიკრო-რგოლ რეზონატორზე. მათ დაამტკიცეს, რომ მიკრო რგოლის რეზონატორი მუშაობს ძლიერ შეერთების მდგომარეობაში. მოწყობილობას შეუძლია მიაღწიოს ფაზის მოდულაციას მინიმალური დანაკარგით. ჩვეულებრივი ტალღის ფაზის მოდულატორებთან შედარებით, მოწყობილობას აქვს სივრცისა და ენერგიის მოხმარების სიდიდის მინიმუმი შემცირების ბრძანება. დაკავშირებული შინაარსი გამოქვეყნებულია Nature Photonics-ში.

მიხალ ლიპსონმა, ინტეგრირებული ფოტონიკის დარგის წამყვანმა ექსპერტმა, რომელიც დაფუძნებულია სილიციუმის ნიტრიდზე, თქვა: ”ჩვენი შემოთავაზებული გადაწყვეტის გასაღები არის ოპტიკური რეზონატორის გამოყენება და ეგრეთ წოდებული ძლიერი შეერთების მდგომარეობაში მუშაობა.”

ოპტიკური რეზონატორი არის უაღრესად სიმეტრიული სტრუქტურა, რომელსაც შეუძლია გარდაქმნას მცირე გარდატეხის ინდექსის ცვლილება ფაზურ ცვლილებად სინათლის სხივების მრავალჯერადი ციკლით. ზოგადად, ის შეიძლება დაიყოს სამ განსხვავებულ სამუშაო მდგომარეობად: "დაწყვილების ქვეშ" და "დაწყვილების ქვეშ". კრიტიკული შეერთება“ და „ძლიერი შეერთება“. მათ შორის, „დაწყვილების ქვეშ“ შეიძლება უზრუნველყოს მხოლოდ შეზღუდული ფაზის მოდულაცია და შემოიტანოს არასაჭირო ამპლიტუდის ცვლილებები, ხოლო „კრიტიკული დაწყვილება“ გამოიწვევს მნიშვნელოვან ოპტიკურ დანაკარგს, რაც გავლენას მოახდენს მოწყობილობის რეალურ მუშაობაზე.

სრული 2π ფაზის მოდულაციისა და მინიმალური ამპლიტუდის ცვლილების მისაღწევად, მკვლევართა ჯგუფმა მანიპულირება მოახდინა მიკრორგოლზე „ძლიერი შეერთების“ მდგომარეობაში. მიკრორგოლსა და "ავტობუსს" შორის შეერთების სიძლიერე მინიმუმ ათჯერ აღემატება მიკრორგოლების დაკარგვას. სერიის დიზაინისა და ოპტიმიზაციის შემდეგ, საბოლოო სტრუქტურა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში. ეს არის რეზონანსული რგოლი შეკუმშული სიგანით. ვიწრო ტალღის ნაწილი აუმჯობესებს ოპტიკურ შეერთების სიძლიერეს "ავტობუსს" და მიკრო-სპირალს შორის. ფართო ტალღისებური ნაწილი მიკრორგოლის სინათლის დაკარგვა მცირდება გვერდითი კედლის ოპტიკური გაფანტვის შემცირებით.

ნაშრომის პირველმა ავტორმა ჰეკინგ ჰუანგმა ასევე თქვა: „ჩვენ დავაპროექტეთ მინიატურული, ენერგიის დამზოგავი და უკიდურესად დაბალი დანაკარგის ხილული სინათლის ფაზის მოდულატორი, რომლის რადიუსია მხოლოდ 5 μm და π-ფაზის მოდულაციის ენერგიის მოხმარება მხოლოდ. 0,8 მვტ. დანერგილი ამპლიტუდის ცვალებადობა 10%-ზე ნაკლებია. რაც უფრო იშვიათია, ეს მოდულატორი თანაბრად ეფექტურია ხილული სპექტრის ყველაზე რთული ლურჯი და მწვანე ზოლებისთვის“.

ნანფანგ იუმ ასევე აღნიშნა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ისინი შორს არიან ელექტრონული პროდუქტების ინტეგრაციის დონის მიღწევისგან, მათმა მუშაობამ მკვეთრად შეამცირა უფსკრული ფოტონიკებსა და ელექტრონულ გადამრთველებს შორის. „თუ წინა მოდულატორის ტექნოლოგია საშუალებას იძლეოდა მხოლოდ 100 ტალღოვანი ფაზის მოდულატორის ინტეგრირებას გარკვეული ჩიპის ანაბეჭდისა და ენერგიის ბიუჯეტის გათვალისწინებით, მაშინ ჩვენ ახლა შეგვიძლია გავაერთიანოთ 10000 ფაზის გადამრთველი იმავე ჩიპზე უფრო რთული ფუნქციის მისაღწევად.

მოკლედ, ეს დიზაინის მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრო-ოპტიკურ მოდულატორებზე, რათა შემცირდეს დაკავებული სივრცე და ძაბვის მოხმარება. ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა სპექტრულ დიაპაზონში და სხვა სხვადასხვა რეზონატორის დიზაინში. ამჟამად, კვლევითი ჯგუფი თანამშრომლობს ხილული სპექტრის LIDAR-ის დემონსტრირებისთვის, რომელიც შედგება ფაზის გადამრთველი მასივებისაგან, რომელიც დაფუძნებულია ასეთ მიკრორგოლებზე. მომავალში, ის ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალ აპლიკაციაში, როგორიცაა გაძლიერებული ოპტიკური არაწრფივობა, ახალი ლაზერები და ახალი კვანტური ოპტიკა.

სტატიის წყარო: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA

Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. მდებარეობს ჩინეთის "სილიკონის ველში" - Beijing Zhongguancun, არის მაღალტექნოლოგიური საწარმო, რომელიც ემსახურება ადგილობრივ და უცხოურ კვლევით ინსტიტუტებს, კვლევით ინსტიტუტებს, უნივერსიტეტებს და საწარმოთა სამეცნიერო კვლევით პერსონალს. ჩვენი კომპანია ძირითადად დაკავებულია ოპტოელექტრონული პროდუქტების დამოუკიდებელ კვლევებსა და განვითარებაში, დიზაინში, წარმოებაში, რეალიზაციაში და უზრუნველყოფს ინოვაციურ გადაწყვეტილებებს და პროფესიონალურ, პერსონალიზებულ მომსახურებას სამეცნიერო მკვლევარებისთვის და სამრეწველო ინჟინრებისთვის. წლების განმავლობაში დამოუკიდებელი ინოვაციების შემდეგ, მან ჩამოაყალიბა ფოტოელექტრული პროდუქტების მდიდარი და სრულყოფილი სერია, რომელიც ფართოდ გამოიყენება მუნიციპალურ, სამხედრო, სატრანსპორტო, ელექტროენერგიაში, ფინანსებში, განათლებაში, სამედიცინო და სხვა ინდუსტრიებში.

ჩვენ მოუთმენლად ველით თქვენთან თანამშრომლობას!