Акыркы жылдары ар кайсы өлкөлөрдөн келген изилдөөчүлөр инфракызыл жарык толкундарын манипуляциялоону ырааттуу түрдө ишке ашыруу жана аларды жогорку ылдамдыктагы 5G тармактарына, чип сенсорлоруна жана автономдуу унааларга колдонуу үчүн интеграцияланган фотониканы колдонушту. Учурда, бул изилдөө багытынын тынымсыз тереңдеши менен, изилдөөчүлөр кыска көрүнгөн жарык тилкелерин терең аныктоону жүргүзө башташты жана чип деңгээлиндеги LIDAR, AR/VR/MR (өркүндөтүлгөн/виртуалдык/гибриддик) реалдуулук (реалдуулук) көз айнектери, голографиялык дисплейлер, кванттык иштетүү чиптери, мээге имплантацияланган оптогенетикалык зонддор ж.б. сыяктуу кеңири колдонмолорду иштеп чыгышты.
Оптикалык фаза модуляторлорунун кеңири масштабдуу интеграциясы чиптеги оптикалык маршруттоо жана эркин мейкиндик толкун фронтун калыптандыруу үчүн оптикалык чакан системанын өзөгү болуп саналат. Бул эки негизги функция ар кандай колдонмолорду ишке ашыруу үчүн абдан маанилүү. Бирок, көрүнгөн жарык диапазонундагы оптикалык фаза модуляторлору үчүн бир эле учурда жогорку өткөрүмдүүлүк жана жогорку модуляция талаптарын канааттандыруу өзгөчө кыйын. Бул талапты канааттандыруу үчүн, эң ылайыктуу кремний нитриди жана литий ниобаты материалдары да көлөмдү жана энергия керектөөнү көбөйтүүсү керек.
Бул көйгөйдү чечүү үчүн Колумбия университетинин Михал Липсон жана Нанфан Ю адиабаттык микро-шакекче резонаторуна негизделген кремний нитридинин термо-оптикалык фазалык модуляторун иштеп чыгышкан. Алар микро-шакекче резонатору күчтүү байланыш абалында иштей турганын далилдешкен. Түзмөк минималдуу жоготуу менен фазалык модуляцияга жетише алат. Кадимки толкун өткөргүч фазалык модуляторлорго салыштырмалуу, түзмөктүн мейкиндикте жана энергия керектөөсүндө кеминде бир даражага төмөндөө бар. Тиешелүү мазмун Nature Photonics журналында жарыяланган.
Кремний нитридине негизделген интеграцияланган фотоника жаатындагы алдыңкы эксперт Михал Липсон: "Биз сунуштаган чечимдин ачкычы - оптикалык резонаторду колдонуу жана күчтүү байланыш абалында иштөө", - деди.
Оптикалык резонатор – бул өтө симметриялуу түзүлүш, ал жарык нурларынын бир нече цикли аркылуу кичинекей сынуу көрсөткүчүнүн өзгөрүшүн фазалык өзгөрүшкө айландыра алат. Жалпысынан алганда, аны үч башка иштөө абалына бөлүүгө болот: "байланыш астында" жана "байланыш астында". Критикалык байланыш" жана "күчтүү байланыш". Алардын арасында "байланыш астында" чектелген фазалык модуляцияны гана камсыздай алат жана керексиз амплитудалык өзгөрүүлөрдү киргизет, ал эми "критикалык байланыш" олуттуу оптикалык жоготууларга алып келет, ошону менен түзмөктүн иш жүзүндөгү иштешине таасир этет.
Толук 2π фазалык модуляцияга жана минималдуу амплитудалык өзгөрүүгө жетүү үчүн, изилдөө тобу микрошакекчени "күчтүү байланыш" абалында башкарышкан. Микрошакекче менен "шинанын" ортосундагы байланыш күчү микрошакекченин жоголушунан кеминде он эсе жогору. Бир катар долбоорлордон жана оптималдаштыруудан кийин, акыркы түзүлүш төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн. Бул конус туурасы бар резонанстык шакекче. Кууш толкун өткөргүч бөлүгү "шина" менен микро-катушканын ортосундагы оптикалык байланыш күчүн жакшыртат. Кең толкун өткөргүч бөлүгү Микрошакекченин жарык жоголушу каптал дубалдын оптикалык чачырашын азайтуу менен азаят.
Макаланын биринчи автору Хецин Хуан дагы мындай деди: "Биз радиусу болгону 5 мкм жана π-фазалык модуляциянын кубаттуулугу болгону 0,8 мВт болгон миниатюралык, энергияны үнөмдөөчү жана өтө аз жоготуулуу көрүнүүчү жарык фазасынын модуляторун иштеп чыктык. Киргизилген амплитудалык өзгөрүү 10% дан аз. Сейрек кездешүүчүсү, бул модулятор көрүнүүчү спектрдеги эң татаал көк жана жашыл тилкелер үчүн бирдей натыйжалуу".
Нанфан Ю ошондой эле электрондук продуктуларды интеграциялоо деңгээлине жете элек болсо да, алардын иши фотондук өчүргүчтөр менен электрондук өчүргүчтөрдүн ортосундагы ажырымды кескин кыскартканын белгиледи. "Эгерде мурунку модулятор технологиясы белгилүү бир чиптин изи жана кубаттуулук бюджети берилгенде 100 толкун өткөргүч фазалык модуляторду гана интеграциялоого мүмкүндүк берсе, анда эми биз татаалыраак функцияга жетүү үчүн бир эле чипке 10 000 фазалык которгучту интеграциялай алабыз".
Кыскасы, бул долбоорлоо ыкмасы ээлеген мейкиндикти жана чыңалууну керектөөнү азайтуу үчүн электро-оптикалык модуляторлорго колдонулушу мүмкүн. Аны башка спектрдик диапазондордо жана башка ар кандай резонатордук конструкцияларда да колдонсо болот. Учурда изилдөө тобу ушундай микрошакектерге негизделген фазалык которгуч массивдеринен турган көрүнүүчү спектрдеги LIDARды көрсөтүү үчүн кызматташып жатат. Келечекте аны оптикалык сызыктуу эместикти жакшыртуу, жаңы лазерлер жана жаңы кванттык оптика сыяктуу көптөгөн колдонмолорго да колдонсо болот.
Макаланын булагы: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Кытайдын "Кремний өрөөнүндө" - Пекин Чжунгуаньцунда жайгашкан Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. - ата мекендик жана чет элдик изилдөө мекемелерине, изилдөө институттарына, университеттерге жана ишкананын илимий изилдөө кызматкерлерине кызмат көрсөтүүгө арналган жогорку технологиялуу ишкана. Биздин компания негизинен оптоэлектрондук продукцияларды көз карандысыз изилдөө жана иштеп чыгуу, долбоорлоо, өндүрүү, сатуу менен алектенет жана илимий изилдөөчүлөр жана өнөр жай инженерлери үчүн инновациялык чечимдерди жана кесипкөй, жекелештирилген кызматтарды көрсөтөт. Көп жылдык көз карандысыз инновациялардан кийин, ал муниципалдык, аскердик, транспорт, электр энергиясы, каржы, билим берүү, медициналык жана башка тармактарда кеңири колдонулган фотоэлектрдик продукциялардын бай жана кемчиликсиз сериясын түздү.
Биз сиз менен кызматташууну чыдамсыздык менен күтөбүз!
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 29-марты