Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu từ nhiều quốc gia khác nhau đã sử dụng quang tử tích hợp để lần lượt thực hiện thao tác với sóng ánh sáng hồng ngoại và áp dụng chúng vào mạng 5G tốc độ cao, cảm biến chip và xe tự hành.Hiện tại, với việc không ngừng đi sâu vào hướng nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu tiến hành phát hiện chuyên sâu các dải ánh sáng nhìn thấy ngắn hơn và phát triển các ứng dụng rộng rãi hơn, chẳng hạn như LIDAR cấp chip, AR/VR/MR (tăng cường/ảo/ lai) Thực tế) Kính, màn hình ba chiều, chip xử lý lượng tử, đầu dò quang học được cấy vào não, v.v.
Sự tích hợp quy mô lớn của bộ điều chế pha quang là cốt lõi của hệ thống con quang để định tuyến quang trên chip và định hình mặt sóng không gian tự do.Hai chức năng cơ bản này rất cần thiết cho việc thực hiện các ứng dụng khác nhau.Tuy nhiên, đối với các bộ điều biến pha quang học trong phạm vi ánh sáng khả kiến, việc đáp ứng đồng thời các yêu cầu về độ truyền qua cao và khả năng điều chế cao là một thách thức đặc biệt.Để đáp ứng yêu cầu này, ngay cả những vật liệu silicon nitride và lithium niobate phù hợp nhất cũng cần phải tăng khối lượng và mức tiêu thụ điện năng.
Để giải quyết vấn đề này, Michal Lipson và Nanfang Yu của Đại học Columbia đã thiết kế một bộ điều biến pha nhiệt quang silicon nitride dựa trên bộ cộng hưởng vi vòng đoạn nhiệt.Họ đã chứng minh rằng bộ cộng hưởng vòng vi mô hoạt động ở trạng thái ghép nối mạnh.Thiết bị có thể đạt được điều chế pha với tổn thất tối thiểu.So với các bộ điều biến pha ống dẫn sóng thông thường, thiết bị này ít nhất có mức giảm cường độ về không gian và mức tiêu thụ điện năng.Nội dung liên quan đã được xuất bản trên tạp chí Nature Photonics.
Michal Lipson, chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực quang tử tích hợp, dựa trên silicon nitride, cho biết: “Chìa khóa cho giải pháp được đề xuất của chúng tôi là sử dụng bộ cộng hưởng quang học và hoạt động ở trạng thái được gọi là trạng thái ghép nối mạnh”.
Bộ cộng hưởng quang học là một cấu trúc có tính đối xứng cao, có thể chuyển đổi sự thay đổi chiết suất nhỏ thành sự thay đổi pha thông qua nhiều chu kỳ của chùm ánh sáng.Nói chung, nó có thể được chia thành ba trạng thái làm việc khác nhau: “dưới khớp nối” và “dưới khớp nối”.Khớp nối quan trọng” và “khớp nối mạnh mẽ”.Trong số đó, “khớp nối dưới” chỉ có thể cung cấp khả năng điều chế pha giới hạn và sẽ gây ra những thay đổi biên độ không cần thiết, còn “khớp nối tới hạn” sẽ gây ra hiện tượng mất quang đáng kể, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất thực tế của thiết bị.
Để đạt được sự điều biến pha 2π hoàn chỉnh và sự thay đổi biên độ tối thiểu, nhóm nghiên cứu đã điều khiển vòng vi mô ở trạng thái “khớp nối mạnh”.Độ bền ghép giữa microring và “bus” cao hơn ít nhất mười lần so với độ mất của microring.Sau một loạt thiết kế và tối ưu hóa, cấu trúc cuối cùng được thể hiện trong hình bên dưới.Đây là một vòng cộng hưởng có chiều rộng giảm dần.Phần ống dẫn sóng hẹp cải thiện cường độ ghép quang giữa “bus” và cuộn dây vi mô.Phần ống dẫn sóng rộng Sự mất ánh sáng của vòng microring được giảm bằng cách giảm sự tán xạ quang học của thành bên.
Heqing Huang, tác giả đầu tiên của bài báo, cũng cho biết: “Chúng tôi đã thiết kế một bộ điều biến pha ánh sáng khả kiến thu nhỏ, tiết kiệm năng lượng và tổn thất cực thấp với bán kính chỉ 5 μm và mức tiêu thụ điện năng điều chế pha π chỉ bằng 0,8 mW.Sự thay đổi biên độ được giới thiệu là nhỏ hơn 10%.Điều hiếm hơn là bộ điều biến này có hiệu quả tương đương đối với các dải màu xanh lam và xanh lục khó nhất trong quang phổ nhìn thấy được.”
Nanfang Yu cũng chỉ ra rằng mặc dù họ còn lâu mới đạt đến mức độ tích hợp của các sản phẩm điện tử, nhưng công việc của họ đã thu hẹp đáng kể khoảng cách giữa công tắc quang tử và công tắc điện tử.“Nếu công nghệ bộ điều biến trước đây chỉ cho phép tích hợp 100 bộ điều biến pha ống dẫn sóng với lượng điện năng và dấu chân chip nhất định, thì giờ đây chúng ta có thể tích hợp 10.000 bộ dịch pha trên cùng một chip để đạt được Chức năng phức tạp hơn.”
Nói tóm lại, phương pháp thiết kế này có thể được áp dụng cho các bộ điều biến quang điện để giảm không gian chiếm dụng và mức tiêu thụ điện áp.Nó cũng có thể được sử dụng trong các dải quang phổ khác và các thiết kế bộ cộng hưởng khác nhau.Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang hợp tác để chứng minh LIDAR phổ khả kiến bao gồm các mảng dịch pha dựa trên các vòng vi mô như vậy.Trong tương lai, nó cũng có thể được áp dụng cho nhiều ứng dụng như tăng cường tính phi tuyến quang học, các tia laser mới và quang học lượng tử mới.
Nguồn bài viết:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Công ty TNHH Quang Điện tử Rofea Bắc Kinh tọa lạc tại “Thung lũng Silicon” của Trung Quốc – Zhongguancun Bắc Kinh, là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên phục vụ các tổ chức nghiên cứu, viện nghiên cứu, trường đại học và nhân viên nghiên cứu khoa học doanh nghiệp trong và ngoài nước.Công ty chúng tôi chủ yếu tham gia vào nghiên cứu và phát triển độc lập, thiết kế, sản xuất, bán các sản phẩm quang điện tử và cung cấp các giải pháp sáng tạo cũng như dịch vụ chuyên nghiệp, cá nhân hóa cho các nhà nghiên cứu khoa học và kỹ sư công nghiệp.Sau nhiều năm đổi mới độc lập, nó đã hình thành một loạt sản phẩm quang điện phong phú và hoàn hảo, được sử dụng rộng rãi trong thành phố, quân sự, giao thông vận tải, năng lượng điện, tài chính, giáo dục, y tế và các ngành công nghiệp khác.
Chúng tôi rất mong được hợp tác với bạn!
Thời gian đăng: 29-03-2023