โมดูเลเตอร์เฟสแสงที่มองเห็นได้ขนาดเล็กที่สุดพร้อมกำลังไฟต่ำสุดถือกำเนิดแล้ว

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยจากหลายประเทศได้ใช้โฟโตนิกส์แบบบูรณาการเพื่อดำเนินการจัดการคลื่นแสงอินฟราเรดและนำไปใช้กับเครือข่าย 5G ความเร็วสูง เซ็นเซอร์ชิป และรถยนต์ไร้คนขับ ในปัจจุบัน ด้วยการพัฒนาแนวทางการวิจัยนี้อย่างต่อเนื่อง นักวิจัยได้เริ่มดำเนินการตรวจจับแถบแสงที่มองเห็นได้สั้นลงอย่างละเอียด และพัฒนาแอปพลิเคชันที่ครอบคลุมมากขึ้น เช่น LIDAR ระดับชิป แว่นตา AR/VR/MR (ปรับปรุง/เสมือนจริง/ไฮบริด) จอแสดงผลโฮโลแกรม ชิปประมวลผลควอนตัม โพรบออปโตเจเนติกส์ที่ฝังไว้ในสมอง เป็นต้น

การผสานรวมตัวปรับเฟสออปติกขนาดใหญ่เป็นแกนหลักของระบบย่อยออปติกสำหรับการกำหนดเส้นทางออปติกบนชิปและการสร้างรูปร่างหน้าคลื่นในอวกาศว่าง ฟังก์ชันหลักทั้งสองนี้มีความจำเป็นต่อการใช้งานต่างๆ อย่างไรก็ตาม สำหรับตัวปรับเฟสออปติกในช่วงแสงที่มองเห็นได้ การตอบสนองข้อกำหนดของการส่งผ่านสูงและการปรับสูงในเวลาเดียวกันถือเป็นความท้าทายอย่างยิ่ง เพื่อตอบสนองข้อกำหนดนี้ แม้แต่ซิลิกอนไนไตรด์และลิเธียมไนโอเบตที่เหมาะสมที่สุดก็ยังต้องเพิ่มปริมาณและการใช้พลังงาน

เพื่อแก้ปัญหานี้ Michal Lipson และ Nanfang Yu จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียได้ออกแบบตัวปรับเฟสเทอร์โมออปติกซิลิกอนไนไตรด์โดยอาศัยเรโซเนเตอร์ไมโครริงแบบอะเดียแบติก พวกเขาพิสูจน์แล้วว่าเรโซเนเตอร์ไมโครริงทำงานในสถานะการจับคู่ที่แข็งแกร่ง อุปกรณ์นี้สามารถทำการมอดูเลตเฟสได้โดยมีการสูญเสียเพียงเล็กน้อย เมื่อเปรียบเทียบกับตัวปรับเฟสแบบท่อนำคลื่นทั่วไป อุปกรณ์นี้มีพื้นที่และการใช้พลังงานลดลงอย่างน้อยหนึ่งลำดับ เนื้อหาที่เกี่ยวข้องได้รับการเผยแพร่ใน Nature Photonics

Michal Lipson ผู้เชี่ยวชาญชั้นนำในสาขาโฟโตนิกส์แบบบูรณาการที่ใช้ซิลิกอนไนไตรด์กล่าวว่า “กุญแจสำคัญของโซลูชันที่เราเสนอคือการใช้เรโซเนเตอร์ออปติกและทำงานในสถานะที่เรียกว่าการเชื่อมโยงที่แข็งแกร่ง”

ตัวสะท้อนแสงเป็นโครงสร้างที่มีความสมมาตรสูง ซึ่งสามารถแปลงการเปลี่ยนแปลงดัชนีหักเหแสงเพียงเล็กน้อยเป็นการเปลี่ยนเฟสผ่านลำแสงหลายรอบ โดยทั่วไป สามารถแบ่งได้เป็นสามสถานะการทำงานที่แตกต่างกัน ได้แก่ "ภายใต้การเชื่อมต่อ" และ "ภายใต้การเชื่อมต่อ" "การเชื่อมต่อวิกฤต" และ "การเชื่อมต่ออย่างแข็งแกร่ง" ในจำนวนนี้ "ภายใต้การเชื่อมต่อ" สามารถให้การปรับเฟสได้จำกัดเท่านั้น และจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดที่ไม่จำเป็น และ "การเชื่อมต่อวิกฤต" จะทำให้สูญเสียแสงจำนวนมาก จึงส่งผลต่อประสิทธิภาพจริงของอุปกรณ์

เพื่อให้ได้การปรับเฟส 2π ที่สมบูรณ์และการเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดที่น้อยที่สุด ทีมวิจัยได้จัดการไมโครริงในสถานะ "การเชื่อมต่อที่แข็งแกร่ง" ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อระหว่างไมโครริงและ "บัส" สูงกว่าการสูญเสียของไมโครริงอย่างน้อยสิบเท่า หลังจากการออกแบบและการปรับให้เหมาะสมชุดหนึ่ง โครงสร้างสุดท้ายจะแสดงในรูปด้านล่าง นี่คือริงเรโซแนนซ์ที่มีความกว้างที่เรียวลง ส่วนท่อนำคลื่นแคบช่วยเพิ่มความแข็งแรงของการเชื่อมต่อแสงระหว่าง "บัส" และไมโครคอยล์ ส่วนท่อนำคลื่นกว้าง การสูญเสียแสงของไมโครริงลดลงโดยลดการกระเจิงแสงของผนังด้านข้าง

Heqing Huang ผู้เขียนคนแรกของเอกสารฉบับนี้ยังกล่าวอีกว่า “เราได้ออกแบบโมดูเลเตอร์เฟสแสงที่มองเห็นได้ขนาดเล็ก ประหยัดพลังงาน และมีการสูญเสียพลังงานต่ำมาก โดยมีรัศมีเพียง 5 ไมโครเมตร และใช้พลังงานในการโมดูเลชั่นเฟส π เพียง 0.8 มิลลิวัตต์ การเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดที่เกิดขึ้นนั้นน้อยกว่า 10% สิ่งที่หายากกว่าคือโมดูเลเตอร์นี้มีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันสำหรับแถบสีน้ำเงินและสีเขียวที่ยากที่สุดในสเปกตรัมที่มองเห็นได้”

Nanfang Yu ยังชี้ให้เห็นว่าแม้ว่าพวกเขาจะยังห่างไกลจากระดับการผสานรวมผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ผลงานของพวกเขาก็ลดช่องว่างระหว่างสวิตช์โฟโตนิกส์และสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ลงอย่างมาก “หากเทคโนโลยีโมดูเลเตอร์ก่อนหน้านี้อนุญาตให้ผสานโมดูเลเตอร์เฟสเวฟไกด์ได้เพียง 100 ตัวโดยใช้ชิปขนาดและงบประมาณพลังงานที่กำหนด ตอนนี้เราสามารถผสานชิฟเตอร์เฟส 10,000 ตัวบนชิปเดียวกันเพื่อให้ได้ฟังก์ชันที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น”

โดยสรุป วิธีการออกแบบนี้สามารถนำไปใช้กับโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกเพื่อลดพื้นที่ที่ถูกใช้งานและการใช้แรงดันไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในช่วงสเปกตรัมอื่นๆ และการออกแบบเรโซเนเตอร์ที่แตกต่างกันอื่นๆ ในปัจจุบัน ทีมวิจัยกำลังร่วมมือกันเพื่อสาธิต LIDAR สเปกตรัมที่มองเห็นได้ซึ่งประกอบด้วยอาร์เรย์ตัวเลื่อนเฟสบนพื้นฐานของไมโครริงดังกล่าว ในอนาคต ยังสามารถนำไปใช้กับแอปพลิเคชันต่างๆ มากมาย เช่น ความไม่เชิงเส้นแสงที่เพิ่มขึ้น เลเซอร์ใหม่ และออปติกควอนตัมใหม่

ที่มาบทความ:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA

บริษัท Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. ตั้งอยู่ใน "Silicon Valley" ของจีน - ปักกิ่งจงกวนชุน เป็นองค์กรด้านเทคโนโลยีขั้นสูงที่มุ่งมั่นในการให้บริการสถาบันวิจัยในประเทศและต่างประเทศ สถาบันวิจัย มหาวิทยาลัย และบุคลากรด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขององค์กร บริษัทของเรามุ่งมั่นในการวิจัยและพัฒนา ออกแบบ ผลิต จำหน่ายผลิตภัณฑ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และมอบโซลูชันนวัตกรรมและบริการเฉพาะบุคคลระดับมืออาชีพสำหรับนักวิจัยทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรอุตสาหกรรม หลังจากหลายปีของนวัตกรรมอิสระ บริษัทได้ก่อตั้งผลิตภัณฑ์โฟโตอิเล็กทริกที่หลากหลายและสมบูรณ์แบบ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเทศบาล ทหาร การขนส่ง พลังงานไฟฟ้า การเงิน การศึกษา การแพทย์ และอุตสาหกรรมอื่น ๆ

เรารอคอยที่จะร่วมมือกับคุณ!