Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti dari berbagai negara telah menggunakan fotonik terintegrasi untuk secara bertahap merealisasikan manipulasi gelombang cahaya inframerah dan menerapkannya pada jaringan 5G berkecepatan tinggi, sensor chip, dan kendaraan otonom. Saat ini, seiring dengan pendalaman arah penelitian ini, para peneliti telah mulai melakukan deteksi mendalam 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 skala besar merupakan inti dari subsistem optik untuk perutean optik on-chip dan pembentukan muka gelombang ruang bebas. Kedua fungsi utama ini penting untuk realisasi berbagai aplikasi. Namun, untuk modulator fase optik dalam rentang cahaya tampak, memenuhi persyaratan transmitansi tinggi dan modulasi tinggi secara bersamaan merupakan tantangan tersendiri. 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 berbasis resonator cincin mikro adiabatik. Mereka membuktikan bahwa resonator cincin mikro 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 ruang dan konsumsi daya setidaknya satu orde magnitudo. Konten terkait telah dipublikasikan di Nature Photonics.
Michal Lipson, pakar terkemuka di bidang fotonik terintegrasi berbasis silikon nitrida, mengatakan: “Kunci 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 ini dapat dibagi menjadi tiga kondisi kerja: "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, sementara "critical coupling" akan menyebabkan rugi-rugi optik yang substansial, sehingga memengaruhi kinerja perangkat yang sebenarnya.
Untuk mencapai modulasi fase 2π yang sempurna dan perubahan amplitudo yang minimal, tim peneliti memanipulasi cincin mikro dalam kondisi "kopling kuat". Kekuatan kopling antara cincin mikro dan "bus" setidaknya sepuluh kali lebih tinggi daripada kehilangan energi akibat cincin mikro. Setelah serangkaian desain dan optimasi, struktur akhir ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Cincin resonansi ini memiliki lebar yang meruncing. Bagian pandu gelombang yang sempit meningkatkan kekuatan kopling optik antara "bus" dan kumparan mikro. Bagian pandu gelombang yang lebar mengurangi kehilangan energi akibat cahaya dari cincin mikro dengan mengurangi hamburan optik pada dinding samping.
Heqing Huang, penulis pertama makalah ini, juga mengatakan: “Kami telah merancang modulator fase cahaya tampak yang mini, hemat energi, dan sangat rendah rugi-ruginya, 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, karya 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, kini kami 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 berbagai desain resonator. Saat ini, tim peneliti sedang bekerja sama untuk mendemonstrasikan LIDAR spektrum tampak yang terdiri dari susunan penggeser fasa berdasarkan cincin mikro tersebut. Di masa mendatang, metode ini juga dapat diterapkan pada berbagai 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 berdedikasi untuk melayani lembaga penelitian, universitas, dan personel penelitian ilmiah perusahaan dalam dan luar negeri. Perusahaan kami terutama bergerak dalam penelitian dan pengembangan independen, desain, manufaktur, dan penjualan produk optoelektronik, serta menyediakan solusi inovatif dan layanan profesional yang personal bagi para peneliti ilmiah dan insinyur industri. Setelah bertahun-tahun berinovasi secara independen, perusahaan ini telah membentuk serangkaian produk fotolistrik yang kaya dan sempurna, yang banyak digunakan di industri perkotaan, militer, transportasi, kelistrikan, keuangan, pendidikan, medis, dan lainnya.
Kami menantikan kerja sama dengan Anda!
Waktu posting: 29-Mar-2023