Ծնվել է ամենափոքր տեսանելի լույսի փուլային մոդուլյատորը՝ ամենացածր հզորությամբ

Վերջին տարիներին տարբեր երկրների հետազոտողներ օգտագործել են ինտեգրված ֆոտոնիկա՝ ինֆրակարմիր լույսի ալիքների մանիպուլյացիան հաջորդաբար իրականացնելու և դրանք բարձր արագության 5G ցանցերում, չիպային սենսորներում և ինքնավար տրանսպորտային միջոցներում կիրառելու համար: Ներկայումս, այս հետազոտական ​​ուղղության շարունակական խորացման հետ մեկտեղ, հետազոտողները սկսել են իրականացնել ավելի կարճ տեսանելի լույսի գոտիների խորը հայտնաբերում և մշակել ավելի լայնածավալ կիրառություններ, ինչպիսիք են չիպային մակարդակի LIDAR-ը, AR/VR/MR (բարելավված/վիրտուալ/հիբրիդային) իրականության ակնոցները, հոլոգրաֆիկ էկրանները, քվանտային մշակման չիպերը, ուղեղում տեղադրված օպտոգենետիկ զոնդերը և այլն:

Օպտիկական փուլային մոդուլյատորների լայնածավալ ինտեգրումը չիպի վրա օպտիկական ուղղորդման և ազատ տարածության ալիքային ճակատի ձևավորման օպտիկական ենթահամակարգի միջուկն է: Այս երկու հիմնական գործառույթները կարևոր են տարբեր կիրառությունների իրականացման համար: Այնուամենայնիվ, տեսանելի լույսի տիրույթում օպտիկական փուլային մոդուլյատորների համար հատկապես դժվար է միաժամանակ բավարարել բարձր թափանցելիության և բարձր մոդուլյացիայի պահանջները: Այս պահանջը բավարարելու համար նույնիսկ ամենահարմար սիլիցիումի նիտրիդային և լիթիումի նիոբատային նյութերը պետք է մեծացնեն ծավալը և էներգիայի սպառումը:

Այս խնդիրը լուծելու համար Կոլումբիայի համալսարանի Միխալ Լիպսոնը և Նանֆանգ Յուն նախագծել են սիլիցիումի նիտրիդային ջերմաօպտիկական փուլային մոդուլյատոր՝ հիմնված ադիաբատիկ միկրոօղակային ռեզոնատորի վրա: Նրանք ապացուցել են, որ միկրոօղակային ռեզոնատորը գործում է ուժեղ միացման վիճակում: Սարքը կարող է հասնել փուլային մոդուլյացիայի՝ նվազագույն կորուստներով: Համեմատած սովորական ալիքատար փուլային մոդուլյատորների հետ, սարքն ունի առնվազն մեկ կարգի մեծության կրճատում տարածության և էներգիայի սպառման մեջ: Հարակից բովանդակությունը հրապարակվել է Nature Photonics-ում:

Սիլիցիումի նիտրիդի վրա հիմնված ինտեգրված ֆոտոնիկայի ոլորտի առաջատար մասնագետ Միխալ Լիպսոնն ասել է. «Մեր առաջարկած լուծման բանալին օպտիկական ռեզոնատորի օգտագործումն ու այսպես կոչված ուժեղ կապի վիճակում աշխատելն է»։

Օպտիկական ռեզոնատորը խիստ սիմետրիկ կառուցվածք է, որը կարող է լույսի ճառագայթների բազմաթիվ ցիկլերի միջոցով փոքր բեկման ցուցիչի փոփոխությունը վերածել փուլային փոփոխության: Ընդհանուր առմամբ, այն կարելի է բաժանել երեք տարբեր աշխատանքային վիճակների՝ «կապակցված վիճակում» և «կապակցված վիճակում»: «Կրիտիկական կապակցված վիճակում» և «ուժեղ կապակցված վիճակում»: Դրանցից «կապակցված վիճակում» վիճակը կարող է ապահովել միայն սահմանափակ փուլային մոդուլյացիա և կբերի ավելորդ ամպլիտուդային փոփոխություններ, իսկ «կրիտիկական կապակցված վիճակում» վիճակը կհանգեցնի զգալի օպտիկական կորստի, այդպիսով ազդելով սարքի իրական աշխատանքի վրա:

Լրիվ 2π փուլային մոդուլյացիայի և ամպլիտուդի նվազագույն փոփոխության հասնելու համար հետազոտական ​​խումբը միկրոօղակը մանիպուլյացիայի ենթարկեց «ուժեղ կապի» վիճակում: Միկրօղակի և «շղթայի» միջև կապի ուժգնությունը առնվազն տասը անգամ ավելի բարձր է, քան միկրոօղակի կորուստը: Մի շարք նախագծումներից և օպտիմալացումից հետո վերջնական կառուցվածքը ներկայացված է ստորև բերված նկարում: Սա ռեզոնանսային օղակ է՝ կոնաձև լայնությամբ: Նեղ ալիքատար մասը բարելավում է «շղթայի» և միկրոկծիկի միջև օպտիկական կապի ուժգնությունը: Լայն ալիքատար մասը: Միկրօղակի լույսի կորուստը նվազում է կողմնային պատի օպտիկական ցրումը նվազեցնելու միջոցով:

Հոդվածի առաջին հեղինակ Հեքինգ Հուանգը նաև ասել է. «Մենք նախագծել ենք մանրանկարչական, էներգախնայող և չափազանց ցածր կորուստներով տեսանելի լույսի փուլային մոդուլյատոր՝ ընդամենը 5 մկմ շառավղով և ընդամենը 0.8 մՎտ π-փազային մոդուլյացիայի էներգիայի սպառմամբ: Ներկայացված ամպլիտուդային տատանումը կազմում է 10%-ից պակաս: Ավելի հազվադեպ է, որ այս մոդուլյատորը հավասարապես արդյունավետ է տեսանելի սպեկտրի ամենաբարդ կապույտ և կանաչ գոտիների համար»:

Նանֆան Յուն նաև նշեց, որ չնայած նրանք դեռ շատ հեռու են էլեկտրոնային արտադրանքի ինտեգրման մակարդակին հասնելուց, իրենց աշխատանքը զգալիորեն նեղացրել է ֆոտոնային անջատիչների և էլեկտրոնային անջատիչների միջև եղած բացը։ «Եթե նախորդ մոդուլյատորային տեխնոլոգիան թույլ էր տալիս ինտեգրել միայն 100 ալիքատար փուլային մոդուլյատոր՝ որոշակի չիպի ծավալի և հզորության բյուջեի դեպքում, ապա այժմ մենք կարող ենք ինտեգրել 10,000 փուլային փոխարկիչներ նույն չիպի վրա՝ ավելի բարդ ֆունկցիաներ ստանալու համար»։

Ամփոփելով՝ այս նախագծման մեթոդը կարող է կիրառվել էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատորների վրա՝ զբաղեցված տարածքը և լարման սպառումը նվազեցնելու համար։ Այն կարող է նաև օգտագործվել այլ սպեկտրալ տիրույթներում և այլ տարբեր ռեզոնատորային նախագծերում։ Ներկայումս հետազոտական ​​​​խումբը համագործակցում է նման միկրոօղակների վրա հիմնված փուլային տեղաշարժիչ զանգվածներից կազմված տեսանելի սպեկտրի LIDAR-ը ցուցադրելու համար։ Ապագայում այն ​​​​կարող է կիրառվել նաև բազմաթիվ կիրառություններում, ինչպիսիք են բարելավված օպտիկական ոչ գծայինությունը, նոր լազերները և նոր քվանտային օպտիկան։

Հոդվածի աղբյուր՝ https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA

«Պեկին Ռոֆեա Օպտոէլեկտրոնիկա» ՍՊԸ-ն, որը գտնվում է Չինաստանի «Սիլիկոնային հովտում»՝ Պեկին Չժոնգուանցունում, բարձր տեխնոլոգիական ձեռնարկություն է, որը նվիրված է տեղական և արտասահմանյան հետազոտական ​​հաստատություններին, հետազոտական ​​ինստիտուտներին, համալսարաններին և ձեռնարկությունների գիտահետազոտական ​​անձնակազմին սպասարկելուն: Մեր ընկերությունը հիմնականում զբաղվում է օպտոէլեկտրոնային արտադրանքի անկախ հետազոտություններով և մշակմամբ, նախագծմամբ, արտադրությամբ, վաճառքով և տրամադրում է նորարարական լուծումներ և մասնագիտական, անհատականացված ծառայություններ գիտական ​​հետազոտողների և արդյունաբերական ինժեներների համար: Տարիների անկախ նորարարություններից հետո այն ստեղծել է ֆոտոէլեկտրական արտադրանքի հարուստ և կատարյալ շարք, որոնք լայնորեն կիրառվում են քաղաքային, ռազմական, տրանսպորտային, էլեկտրաէներգետիկ, ֆինանսական, կրթական, բժշկական և այլ ոլորտներում:

Մենք անհամբեր սպասում ենք ձեզ հետ համագործակցությանը։