Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti dari berbagai negara telah menggunakan fotonik terintegrasi untuk secara berturut-turut mewujudkan manipulasi gelombang cahaya inframerah dan menerapkannya pada jaringan 5G berkecepatan tinggi, sensor chip, dan kendaraan otonom. Saat ini, dengan pendalaman berkelanjutan dari 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 (enhanced/virtual/hybrid Reality), tampilan holografik, chip pemrosesan kuantum, probe optogenetik yang ditanamkan di otak, dll.
Integrasi modulator fase optik berskala besar merupakan inti dari subsistem optik untuk perutean optik pada chip dan pembentukan muka gelombang ruang bebas. Kedua fungsi utama ini penting untuk mewujudkan berbagai aplikasi. Namun, untuk modulator fase optik dalam rentang cahaya tampak, sangat sulit untuk memenuhi persyaratan transmitansi tinggi dan modulasi tinggi pada saat yang bersamaan. Untuk memenuhi persyaratan ini, bahkan bahan silikon nitrida dan litium niobat yang paling sesuai 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 cincin mikro adiabatik. Mereka membuktikan bahwa resonator cincin mikro beroperasi dalam keadaan kopling yang kuat. Perangkat tersebut dapat mencapai modulasi fase dengan kerugian minimal. Dibandingkan dengan modulator fase pandu gelombang biasa, perangkat tersebut memiliki setidaknya satu orde pengurangan dalam ruang dan konsumsi daya. Konten terkait telah dipublikasikan di Nature Photonics.
Michal Lipson, pakar terkemuka di bidang fotonik terpadu, yang berbasis pada silikon nitrida, mengatakan: “Kunci dari solusi yang kami usulkan adalah menggunakan resonator optik dan beroperasi dalam apa yang disebut kondisi kopling kuat.”
Resonator optik adalah struktur yang sangat simetris, yang dapat mengubah perubahan indeks bias kecil menjadi perubahan fase melalui beberapa siklus berkas cahaya. Secara umum, resonator optik dapat dibagi menjadi tiga kondisi kerja yang berbeda: "under coupling" dan "under coupling." "Critical coupling" dan "strong coupling." Di antara ketiganya, "under coupling" hanya dapat memberikan modulasi fase yang terbatas dan akan menyebabkan perubahan amplitudo yang tidak perlu, dan "critical coupling" akan menyebabkan kerugian optik yang substansial, sehingga memengaruhi kinerja perangkat yang sebenarnya.
Untuk mencapai modulasi fase 2π yang lengkap dan perubahan amplitudo yang minimal, tim peneliti memanipulasi cincin mikro dalam keadaan "kopling kuat". Kekuatan kopling antara cincin mikro dan "bus" setidaknya sepuluh kali lebih tinggi daripada kehilangan cincin mikro. Setelah serangkaian desain dan pengoptimalan, struktur akhir ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Ini adalah cincin resonansi dengan lebar yang meruncing. Bagian pemandu gelombang yang sempit meningkatkan kekuatan kopling optik antara "bus" dan kumparan mikro. Bagian pemandu gelombang yang lebar Kehilangan cahaya cincin mikro dikurangi dengan mengurangi hamburan optik pada dinding samping.
Heqing Huang, penulis pertama makalah tersebut, juga mengatakan: “Kami telah merancang modulator fase cahaya tampak yang mini, hemat energi, dan sangat rendah kehilangannya dengan radius hanya 5 μm dan konsumsi daya modulasi fase-π hanya 0,8 mW. Variasi amplitudo yang diperkenalkan kurang dari 10%. Yang lebih langka adalah modulator ini sama efektifnya untuk pita biru dan hijau yang paling sulit dalam spektrum 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 pemandu gelombang dengan ukuran chip dan anggaran daya tertentu, maka sekarang kita dapat mengintegrasikan 10.000 pemindah 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 dalam rentang spektral lain dan desain resonator lain yang berbeda. Saat ini, tim peneliti bekerja sama untuk menunjukkan spektrum tampak LIDAR yang terdiri dari susunan penggeser fase berdasarkan cincin mikro tersebut. Di masa mendatang, metode ini juga dapat diterapkan pada banyak aplikasi seperti nonlinier optik yang ditingkatkan, laser baru, dan optik kuantum baru.
Sumber artikel: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. yang berlokasi di "Silicon Valley" Tiongkok – Beijing Zhongguancun, adalah perusahaan teknologi tinggi yang didedikasikan untuk melayani lembaga penelitian, lembaga penelitian, universitas, dan personel penelitian ilmiah perusahaan dalam dan luar negeri. Perusahaan kami terutama bergerak dalam penelitian dan pengembangan independen, desain, manufaktur, penjualan produk optoelektronik, dan menyediakan solusi inovatif dan layanan profesional yang dipersonalisasi untuk peneliti ilmiah dan insinyur industri. Setelah bertahun-tahun melakukan inovasi independen, perusahaan ini telah membentuk serangkaian produk fotolistrik yang kaya dan sempurna, yang banyak digunakan dalam industri kota, militer, transportasi, tenaga listrik, keuangan, pendidikan, medis, dan industri lainnya.
Kami menantikan kerja sama dengan Anda!
Waktu posting: 29-Mar-2023