Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti dari berbagai negara telah menggunakan fotonika terintegrasi untuk secara bertahap mewujudkan manipulasi gelombang cahaya inframerah dan menerapkannya pada jaringan 5G berkecepatan tinggi, sensor chip, dan kendaraan otonom. Saat ini, dengan semakin mendalamnya arah penelitian ini, para peneliti telah mulai melakukan deteksi mendalam terhadap pita cahaya tampak yang lebih pendek dan mengembangkan aplikasi yang lebih luas, seperti LIDAR tingkat chip, kacamata AR/VR/MR (realitas yang ditingkatkan/virtual/hibrida), tampilan holografik, chip pemrosesan kuantum, probe optogenetik yang ditanamkan di otak, dan lain sebagainya.
Integrasi skala besar modulator fase optik merupakan inti dari subsistem optik untuk perutean optik on-chip dan pembentukan muka gelombang ruang bebas. Kedua fungsi utama ini sangat penting untuk realisasi berbagai aplikasi. Namun, untuk modulator fase optik dalam rentang cahaya tampak, sangat menantang untuk memenuhi persyaratan transmisi tinggi dan modulasi tinggi secara bersamaan. Untuk memenuhi persyaratan ini, bahkan material silikon nitrida dan litium niobat yang paling sesuai pun perlu meningkatkan volume dan konsumsi daya.
Untuk mengatasi masalah ini, Michal Lipson dan Nanfang Yu dari Universitas Columbia merancang modulator fase termo-optik silikon nitrida berdasarkan resonator mikro-cincin adiabatik. Mereka membuktikan bahwa resonator mikro-cincin beroperasi dalam keadaan kopling kuat. Perangkat ini dapat mencapai modulasi fase dengan kerugian minimal. Dibandingkan dengan modulator fase pandu gelombang biasa, perangkat ini memiliki pengurangan setidaknya satu orde besaran dalam hal ruang dan konsumsi daya. Konten terkait telah dipublikasikan di Nature Photonics.
Michal Lipson, seorang ahli terkemuka di bidang fotonika terintegrasi, berdasarkan silikon nitrida, mengatakan: “Kunci dari solusi yang kami usulkan adalah menggunakan resonator optik dan beroperasi dalam apa yang disebut keadaan kopling kuat.”
Resonator optik adalah struktur yang sangat simetris, yang dapat mengubah perubahan indeks bias kecil menjadi perubahan fasa melalui beberapa siklus berkas cahaya. Secara umum, resonator optik dapat dibagi menjadi tiga keadaan kerja yang berbeda: "kurang kopling", "kopling kritis", dan "kopling kuat". Di antara ketiganya, "kurang kopling" hanya dapat memberikan modulasi fasa yang terbatas dan akan menimbulkan perubahan amplitudo yang tidak perlu, sedangkan "kopling kritis" akan menyebabkan kehilangan optik yang substansial, sehingga memengaruhi kinerja aktual perangkat.
Untuk mencapai modulasi fase 2π yang lengkap dan perubahan amplitudo minimal, tim peneliti memanipulasi cincin mikro dalam keadaan "kopling kuat". Kekuatan kopling antara cincin mikro dan "bus" setidaknya sepuluh kali lebih tinggi daripada kerugian cincin mikro. Setelah serangkaian desain dan optimasi, struktur akhir ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Ini adalah cincin resonansi dengan lebar yang meruncing. Bagian pandu gelombang yang sempit meningkatkan kekuatan kopling optik antara "bus" dan kumparan mikro. Bagian pandu gelombang yang lebar. Kerugian cahaya cincin mikro dikurangi dengan mengurangi hamburan optik dinding samping.
Heqing Huang, penulis pertama makalah tersebut, juga mengatakan: “Kami telah merancang modulator fase cahaya tampak mini, hemat energi, dan sangat rendah rugi dengan radius hanya 5 μm dan konsumsi daya modulasi fase π hanya 0,8 mW. Variasi amplitudo yang dihasilkan kurang dari 10%. Yang lebih langka adalah modulator ini sama efektifnya untuk pita biru dan hijau yang paling sulit dalam spektrum cahaya tampak.”
Nanfang Yu juga menunjukkan bahwa meskipun mereka masih jauh dari mencapai tingkat integrasi produk elektronik, pekerjaan mereka telah secara dramatis mempersempit kesenjangan antara sakelar fotonik dan sakelar elektronik. “Jika teknologi modulator sebelumnya hanya memungkinkan integrasi 100 modulator fase pandu gelombang dengan ukuran chip dan anggaran daya tertentu, maka sekarang kita dapat mengintegrasikan 10.000 penggeser fase pada chip yang sama untuk mencapai fungsi yang lebih kompleks.”
Singkatnya, metode desain ini dapat diterapkan pada modulator elektro-optik untuk mengurangi ruang yang ditempati dan konsumsi tegangan. Metode ini juga dapat digunakan pada rentang spektral lain dan desain resonator yang berbeda. Saat ini, tim peneliti sedang bekerja sama untuk mendemonstrasikan LIDAR spektrum tampak yang terdiri dari susunan penggeser fasa berdasarkan cincin mikro tersebut. Di masa depan, metode ini juga dapat diterapkan pada banyak aplikasi seperti peningkatan nonlinier optik, laser baru, dan optik kuantum baru.
Sumber artikel: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., yang berlokasi di “Lembah Silikon” Tiongkok – Beijing Zhongguancun, adalah perusahaan teknologi tinggi yang berdedikasi untuk melayani lembaga penelitian, institut penelitian, universitas, dan personel penelitian ilmiah perusahaan baik di dalam maupun luar negeri. Perusahaan kami terutama bergerak dalam penelitian dan pengembangan independen, desain, manufaktur, dan penjualan produk optoelektronik, serta menyediakan solusi inovatif dan layanan profesional dan personal untuk para peneliti ilmiah dan insinyur industri. Setelah bertahun-tahun berinovasi secara independen, perusahaan telah membentuk serangkaian produk fotolistrik yang kaya dan sempurna, yang banyak digunakan di berbagai industri seperti pemerintahan kota, militer, transportasi, tenaga listrik, keuangan, pendidikan, medis, dan lainnya.
Kami menantikan kerja sama dengan Anda!
Waktu posting: 29 Maret 2023