En los últimos años, investigadores de varios países han utilizado la fotónica integrada para realizar sucesivamente la manipulación de ondas de luz infrarroja y aplicarlas a redes 5G de alta velocidad, sensores en chips y vehículos autónomos.En la actualidad, con la continua profundización de esta dirección de investigación, los investigadores han comenzado a realizar una detección en profundidad de bandas de luz visible más cortas y a desarrollar aplicaciones más extensas, como LIDAR a nivel de chip, AR/VR/MR (mejorado/virtual/ híbrido) Realidad) Gafas, pantallas holográficas, chips de procesamiento cuántico, sondas optogenéticas implantadas en el cerebro, etc.
La integración a gran escala de moduladores de fase óptica es el núcleo del subsistema óptico para el enrutamiento óptico en chip y la conformación del frente de onda en el espacio libre.Estas dos funciones primarias son esenciales para la realización de diversas aplicaciones.Sin embargo, para los moduladores de fase óptica en el rango de luz visible, resulta particularmente desafiante cumplir los requisitos de alta transmitancia y alta modulación al mismo tiempo.Para cumplir con este requisito, incluso los materiales de nitruro de silicio y niobato de litio más adecuados deben aumentar el volumen y el consumo de energía.
Para resolver este problema, Michal Lipson y Nanfang Yu de la Universidad de Columbia diseñaron un modulador de fase termoóptico de nitruro de silicio basado en el resonador de microanillo adiabático.Demostraron que el resonador de microanillo funciona en un fuerte estado de acoplamiento.El dispositivo puede lograr una modulación de fase con una pérdida mínima.En comparación con los moduladores de fase de guía de onda convencionales, el dispositivo tiene al menos una reducción de un orden de magnitud en espacio y consumo de energía.El contenido relacionado ha sido publicado en Nature Photonics.
Michal Lipson, un destacado experto en el campo de la fotónica integrada, basada en nitruro de silicio, dijo: "La clave de nuestra solución propuesta es utilizar un resonador óptico y operar en el llamado estado de acoplamiento fuerte".
El resonador óptico es una estructura altamente simétrica que puede convertir un pequeño cambio en el índice de refracción en un cambio de fase mediante múltiples ciclos de haces de luz.Generalmente, se puede dividir en tres estados de trabajo diferentes: "bajo acoplamiento" y "bajo acoplamiento".Acoplamiento crítico” y “acoplamiento fuerte”.Entre ellos, el "bajo acoplamiento" sólo puede proporcionar una modulación de fase limitada e introducirá cambios de amplitud innecesarios, y el "acoplamiento crítico" provocará una pérdida óptica sustancial, afectando así el rendimiento real del dispositivo.
Para lograr una modulación de fase 2π completa y un cambio de amplitud mínimo, el equipo de investigación manipuló el microanillo en un estado de "acoplamiento fuerte".La fuerza de acoplamiento entre el microanillo y el “bus” es al menos diez veces mayor que la pérdida del microanillo.Después de una serie de diseños y optimización, la estructura final se muestra en la siguiente figura.Este es un anillo resonante con un ancho cónico.La parte estrecha de la guía de ondas mejora la fuerza del acoplamiento óptico entre el “bus” y la microbobina.La parte ancha de la guía de ondas reduce la pérdida de luz del microanillo al reducir la dispersión óptica de la pared lateral.
Heqing Huang, el primer autor del artículo, también dijo: “Hemos diseñado un modulador de fase de luz visible en miniatura, que ahorra energía y tiene pérdidas extremadamente bajas, con un radio de solo 5 μm y un consumo de energía de modulación de fase π de solo 0,8 megavatios.La variación de amplitud introducida es inferior al 10%.Lo que es más raro es que este modulador sea igualmente efectivo para las bandas azules y verdes más difíciles del espectro visible”.
Nanfang Yu también señaló que, aunque están lejos de alcanzar el nivel de integración de productos electrónicos, su trabajo ha reducido drásticamente la brecha entre los interruptores fotónicos y los interruptores electrónicos."Si la tecnología de modulación anterior solo permitía la integración de 100 moduladores de fase de guía de onda dada una determinada huella de chip y presupuesto de energía, ahora podemos integrar 10,000 desfasadores en el mismo chip para lograr una función más compleja".
En resumen, este método de diseño se puede aplicar a moduladores electroópticos para reducir el espacio ocupado y el consumo de voltaje.También se puede utilizar en otros rangos espectrales y otros diseños de resonadores diferentes.En la actualidad, el equipo de investigación está cooperando para demostrar el espectro visible LIDAR compuesto por conjuntos de desfasadores basados en dichos microanillos.En el futuro, también se podrá aplicar a muchas aplicaciones, como la no linealidad óptica mejorada, nuevos láseres y nueva óptica cuántica.
Fuente del artículo:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., ubicada en el “Silicon Valley” de China, Beijing Zhongguancun, es una empresa de alta tecnología dedicada a prestar servicios a instituciones de investigación, institutos de investigación, universidades y personal de investigación científica empresarial nacionales y extranjeros.Nuestra empresa se dedica principalmente a la investigación y el desarrollo independientes, el diseño, la fabricación y la venta de productos optoelectrónicos y proporciona soluciones innovadoras y servicios profesionales y personalizados para investigadores científicos e ingenieros industriales.Después de años de innovación independiente, ha formado una serie rica y perfecta de productos fotoeléctricos, que se utilizan ampliamente en las industrias municipal, militar, de transporte, de energía eléctrica, financiera, educativa, médica y otras.
¡Esperamos cooperar con usted!
Hora de publicación: 29-mar-2023