In l'ultimi anni, i circadori di diversi paesi anu utilizatu a fotonica integrata per realizà successivamente a manipulazione di l'onde di luce infrarossa è applicarle à e rete 5G à alta velocità, sensori di chip è veiculi autonomi. Attualmente, cù l'approfondimentu cuntinuu di sta direzzione di ricerca, i circadori anu cuminciatu à realizà una rilevazione approfondita di bande di luce visibile più corte è à sviluppà applicazioni più estese, cum'è LIDAR à livellu di chip, occhiali AR/VR/MR (realtà migliorata/virtuale/ibrida), display olografici, chip di elaborazione quantica, sonde optogenetiche impiantate in u cervellu, ecc.
L'integrazione à grande scala di i modulatori di fase ottica hè u core di u sottosistema otticu per u routing otticu on-chip è a furmazione di u fronte d'onda in u spaziu liberu. Queste duie funzioni primarie sò essenziali per a realizazione di varie applicazioni. Tuttavia, per i modulatori di fase ottica in a gamma di luce visibile, hè particularmente difficiule di risponde à i requisiti di alta trasmittanza è alta modulazione à u listessu tempu. Per risponde à questu requisitu, ancu i materiali di nitruro di siliciu è niobato di litiu più adatti anu bisognu di aumentà u vulume è u cunsumu energeticu.
Per risolve stu prublema, Michal Lipson è Nanfang Yu di l'Università di Columbia anu cuncipitu un modulatore di fase termootticu di nitruro di siliciu basatu annantu à u risonatore à microanellu adiabaticu. Anu dimustratu chì u risonatore à microanellu funziona in un forte statu di accoppiamentu. U dispusitivu pò ottene a modulazione di fase cù una perdita minima. In paragone cù i modulatori di fase di guida d'onda ordinari, u dispusitivu hà almenu un ordine di grandezza di riduzione in u spaziu è in u cunsumu energeticu. U cuntenutu currispundente hè statu publicatu in Nature Photonics.
Michal Lipson, un espertu principale in u campu di a fotonica integrata, basata annantu à u nitruru di siliciu, hà dettu: "A chjave di a nostra suluzione pruposta hè di utilizà un risonatore otticu è di operà in un cusì dettu statu di forte accoppiamentu".
U risonatore otticu hè una struttura assai simmetrica, chì pò cunvertisce un picculu cambiamentu di l'indice di rifrazione in un cambiamentu di fase attraversu parechji cicli di fasci di luce. In generale, pò esse divisu in trè stati di funziunamentu diffirenti: "sottu accoppiamentu" è "sottu accoppiamentu". "Accoppiamentu criticu" è "accoppiamentu forte". Trà questi, "sottu accoppiamentu" pò furnisce solu una modulazione di fase limitata è introdurrà cambiamenti di ampiezza innecessarii, è "accoppiamentu criticu" causerà una perdita ottica sustanziale, affettendu cusì e prestazioni effettive di u dispusitivu.
Per ottene una modulazione di fase 2π cumpleta è un cambiamentu minimu di ampiezza, a squadra di ricerca hà manipulatu u microanellu in un statu di "forte accoppiamentu". A forza di accoppiamentu trà u microanellu è u "bus" hè almenu dece volte più alta chè a perdita di u microanellu. Dopu una seria di disinni è ottimizazione, a struttura finale hè mostrata in a figura sottu. Questu hè un anellu risonante cù una larghezza rastremata. A parte stretta di a guida d'onda migliora a forza di accoppiamentu otticu trà u "bus" è a micro-bobina. A parte larga di a guida d'onda A perdita di luce di u microanellu hè ridutta riducendu a dispersione ottica di a parete laterale.
Heqing Huang, u primu autore di l'articulu, hà ancu dettu: "Avemu cuncipitu un modulatore di fase di luce visibile in miniatura, à risparmiu energeticu è à perdite estremamente basse, cù un raghju di solu 5 μm è un cunsumu di energia di modulazione di fase π di solu 0,8 mW. A variazione di ampiezza introdutta hè inferiore à u 10%. Ciò chì hè più raru hè chì questu modulatore hè ugualmente efficace per e bande blu è verdi più difficili in u spettru visibile".
Nanfang Yu hà ancu signalatu chì, ancu s'elli sò luntanu da ghjunghje à u livellu d'integrazione di i prudutti elettronichi, u so travagliu hà riduttu dramaticamente u fossu trà l'interruttori fotonici è l'interruttori elettronichi. "Sè a tecnulugia di modulatore precedente permetteva solu l'integrazione di 100 modulatori di fase di guida d'onda datu un certu ingombru di chip è un budget di putenza, allora pudemu avà integrà 10.000 cambiatori di fase nantu à u listessu chip per ottene funzioni più cumplesse".
In breve, questu metudu di cuncepimentu pò esse applicatu à i modulatori elettro-ottici per riduce u spaziu occupatu è u cunsumu di tensione. Pò ancu esse adupratu in altre gamme spettrali è altri disinni di risonatori diversi. Attualmente, a squadra di ricerca coopera per dimustrà u LIDAR di spettru visibile cumpostu da matrici di sfasatori basate nantu à tali microanelli. In u futuru, pò ancu esse applicatu à parechje applicazioni cum'è a non linearità ottica migliorata, i novi laser è e nuove ottiche quantiche.
Fonte di l'articulu: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
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Data di publicazione: 29 di marzu di u 2023