ყველაზე პატარა ხილული სინათლის ფაზის მოდულატორი ყველაზე დაბალი სიმძლავრით დაიბადა

ბოლო წლებში, სხვადასხვა ქვეყნის მკვლევარებმა ინტეგრირებული ფოტონიკა გამოიყენეს ინფრაწითელი სინათლის ტალღების მანიპულირების თანმიმდევრულად განსახორციელებლად და მათი მაღალსიჩქარიან 5G ქსელებში, ჩიპურ სენსორებსა და ავტონომიურ მანქანებში გამოსაყენებლად. ამჟამად, ამ კვლევის მიმართულების უწყვეტი გაღრმავების გამო, მკვლევარებმა დაიწყეს უფრო მოკლე ხილული სინათლის ზოლების სიღრმისეული აღმოჩენა და უფრო ფართო აპლიკაციების შემუშავება, როგორიცაა ჩიპური დონის LIDAR, AR/VR/MR (გაუმჯობესებული/ვირტუალური/ჰიბრიდული) რეალობის სათვალეები, ჰოლოგრაფიული დისპლეები, კვანტური დამუშავების ჩიპები, ტვინში იმპლანტირებული ოპტოგენეტიკური ზონდები და ა.შ.

ოპტიკური ფაზის მოდულატორების ფართომასშტაბიანი ინტეგრაცია წარმოადგენს ოპტიკური ქვესისტემის ბირთვს ჩიპზე ოპტიკური მარშრუტიზაციისა და თავისუფალი სივრცის ტალღის ფრონტის ფორმირებისთვის. ეს ორი ძირითადი ფუნქცია აუცილებელია სხვადასხვა გამოყენების რეალიზაციისთვის. თუმცა, ხილული სინათლის დიაპაზონში ოპტიკური ფაზის მოდულატორებისთვის განსაკუთრებით რთულია ერთდროულად მაღალი გამტარობისა და მაღალი მოდულაციის მოთხოვნების დაკმაყოფილება. ამ მოთხოვნის დასაკმაყოფილებლად, ყველაზე შესაფერისი სილიციუმის ნიტრიდისა და ლითიუმის ნიობატის მასალებიც კი საჭიროებენ მოცულობისა და ენერგომოხმარების გაზრდას.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად, კოლუმბიის უნივერსიტეტის წარმომადგენლებმა მიხალ ლიპსონმა და ნანფანგ იუმ შექმნეს სილიციუმის ნიტრიდის თერმოოპტიკური ფაზური მოდულატორი, რომელიც დაფუძნებულია ადიაბატურ მიკრორგოლურ რეზონატორზე. მათ დაამტკიცეს, რომ მიკრორგოლური რეზონატორი მუშაობს ძლიერი შეერთების მდგომარეობაში. მოწყობილობას შეუძლია ფაზური მოდულაციის მიღწევა მინიმალური დანაკარგებით. ჩვეულებრივ ტალღის გამტარ ფაზურ მოდულატორებთან შედარებით, მოწყობილობას აქვს სივრცისა და ენერგიის მოხმარების მინიმუმ ერთი რიგის შემცირება. დაკავშირებული შინაარსი გამოქვეყნდა Nature Photonics-ში.

მიხალ ლიპსონმა, სილიციუმის ნიტრიდზე დაფუძნებული ინტეგრირებული ფოტონიკის დარგის წამყვანმა ექსპერტმა, განაცხადა: „ჩვენს მიერ შემოთავაზებული გადაწყვეტის გასაღები ოპტიკური რეზონატორის გამოყენება და ე.წ. ძლიერი შეერთების მდგომარეობაში მუშაობაა“.

ოპტიკური რეზონატორი წარმოადგენს მაღალსიმეტრიულ სტრუქტურას, რომელსაც შეუძლია სინათლის სხივების მრავალჯერადი ციკლის მეშვეობით მცირე გარდატეხის ინდექსის ცვლილება ფაზურ ცვლილებად გარდაქმნას. ზოგადად, ის შეიძლება დაიყოს სამ სხვადასხვა სამუშაო მდგომარეობად: „შეერთების ქვეშ“ და „შეერთების ქვეშ“. „კრიტიკული შეერთება“ და „ძლიერი შეერთება“. მათ შორის, „შეერთების ქვეშ“ მხოლოდ შეზღუდული ფაზური მოდულაციის უზრუნველყოფა შეუძლია და გამოიწვევს არასაჭირო ამპლიტუდის ცვლილებებს, ხოლო „კრიტიკული შეერთება“ გამოიწვევს მნიშვნელოვან ოპტიკურ დანაკარგს, რითაც გავლენას მოახდენს მოწყობილობის ფაქტობრივ მუშაობაზე.

სრული 2π ფაზური მოდულაციისა და მინიმალური ამპლიტუდის ცვლილების მისაღწევად, კვლევითმა ჯგუფმა მიკრორგოლი „ძლიერი შეერთების“ მდგომარეობაში დაამუშავა. მიკრორგოლსა და „ავტობუსს“ შორის შეერთების სიძლიერე მინიმუმ ათჯერ მეტია, ვიდრე მიკრორგოლის დანაკარგი. დიზაინისა და ოპტიმიზაციის სერიის შემდეგ, საბოლოო სტრუქტურა ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაზე. ეს არის რეზონანსული რგოლი კონუსური სიგანით. ვიწრო ტალღის გამტარი ნაწილი აუმჯობესებს ოპტიკურ შეერთების სიძლიერეს „ავტობუსსა“ და მიკრო-სპირალს შორის. ფართო ტალღის გამტარი ნაწილი. მიკრორგოლის სინათლის დანაკარგი მცირდება გვერდითი კედლის ოპტიკური გაფანტვის შემცირებით.

ნაშრომის პირველმა ავტორმა, ჰეკინგ ჰუანგმა, ასევე განაცხადა: „ჩვენ შევქმენით მინიატურული, ენერგოდამზოგავი და უკიდურესად დაბალი დანაკარგების მქონე ხილული სინათლის ფაზური მოდულატორი მხოლოდ 5 მკმ რადიუსით და π-ფაზური მოდულაციის ენერგომოხმარებით მხოლოდ 0.8 მვტ. შემოტანილი ამპლიტუდის ვარიაცია 10%-ზე ნაკლებია. უფრო იშვიათი ის არის, რომ ეს მოდულატორი თანაბრად ეფექტურია ხილული სპექტრის ყველაზე რთული ლურჯი და მწვანე ზოლებისთვის“.

ნანფანგ იუმ ასევე აღნიშნა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ისინი ჯერ კიდევ შორს არიან ელექტრონული პროდუქტების ინტეგრაციის დონის მიღწევისგან, მათმა მუშაობამ მნიშვნელოვნად შეამცირა ფოტონურ და ელექტრონულ გადამრთველებს შორის არსებული უფსკრული. „თუ წინა მოდულატორის ტექნოლოგია გარკვეული ჩიპის ფართობისა და სიმძლავრის ბიუჯეტის გათვალისწინებით მხოლოდ 100 ტალღის გამტარი ფაზური მოდულატორის ინტეგრირების საშუალებას იძლეოდა, ახლა ჩვენ შეგვიძლია ერთ ჩიპზე 10,000 ფაზური გადამრთველის ინტეგრირება უფრო რთული ფუნქციის მისაღწევად“.

მოკლედ, დიზაინის ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრო-ოპტიკურ მოდულატორებზე, რათა შემცირდეს დაკავებული სივრცე და ძაბვის მოხმარება. მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია სხვა სპექტრულ დიაპაზონებსა და სხვა სხვადასხვა რეზონატორის დიზაინში. ამჟამად, კვლევითი ჯგუფი თანამშრომლობს ხილული სპექტრის LIDAR-ის დემონსტრირებაზე, რომელიც შედგება ასეთ მიკრორგოლებზე დაფუძნებული ფაზის გადამრთველების მასივებისგან. მომავალში, მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია მრავალ დანიშნულებაში, როგორიცაა გაუმჯობესებული ოპტიკური არაწრფივობა, ახალი ლაზერები და ახალი კვანტური ოპტიკა.

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

ჩინეთის „სილიკონის ველში“ - პეკინ ჩჟონგუანცუნში მდებარე „პეკინ როფეა ოპტოელექტრონიქსის კომპანია“ მაღალტექნოლოგიური საწარმოა, რომელიც ემსახურება როგორც ადგილობრივ, ასევე უცხოურ კვლევით დაწესებულებებს, კვლევით ინსტიტუტებს, უნივერსიტეტებსა და საწარმოო სამეცნიერო-კვლევით პერსონალს. ჩვენი კომპანია ძირითადად დაკავებულია ოპტოელექტრონული პროდუქტების დამოუკიდებელი კვლევით და განვითარებით, დიზაინით, წარმოებით, გაყიდვებით და სთავაზობს ინოვაციურ გადაწყვეტილებებს და პროფესიონალურ, პერსონალიზებულ მომსახურებას სამეცნიერო მკვლევარებისა და სამრეწველო ინჟინრებისთვის. მრავალწლიანი დამოუკიდებელი ინოვაციების შემდეგ, მან შექმნა ფოტოელექტრული პროდუქტების მდიდარი და სრულყოფილი სერია, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება მუნიციპალურ, სამხედრო, სატრანსპორტო, ელექტროენერგიის, ფინანსების, განათლების, სამედიცინო და სხვა ინდუსტრიებში.

ჩვენ მოუთმენლად ველით თქვენთან თანამშრომლობას!