최근 몇 년 동안 다양한 국가의 연구원들은 통합 광자를 사용하여 적외선 조명파의 조작을 연속적으로 인식하고 고속 5G 네트워크, 칩 센서 및 자율 주행 차에 적용했습니다. 현재이 연구 방향이 지속적으로 심화되면서, 연구자들은 더 짧은 가시 광선 밴드의 심층적 인 탐지를 수행하고 칩 레벨 LIDAR, AR/VR/MR (ENHAND/VR/MR (Enhanced/Virtual/Hybrid)과 같은보다 광범위한 응용 프로그램을 개발하기 시작했습니다. 유리, 홀로그램 디스플레이, 양자 처리 칩, 뇌에 생성 된 프로브 프로브 등이 제공됩니다.
광학 위상 변조기의 대규모 통합은 온칩 광학 라우팅 및 자유 공간 파면 형성을위한 광학 서브 시스템의 핵심입니다. 이 두 가지 주요 기능은 다양한 응용 프로그램의 실현에 필수적입니다. 그러나 가시 광선 범위의 광학 조절기의 경우, 동시에 높은 투과율 및 높은 변조의 요구 사항을 충족하는 것이 특히 어려운 일입니다. 이 요구 사항을 충족시키기 위해서는 가장 적합한 실리콘 질화물 및 리튬 니오 베이트 재료조차도 부피와 전력 소비를 늘려야합니다.
이 문제를 해결하기 위해 Columbia University의 Michal Lipson과 Nanfang Yu는 단열 마이크로 링 공진기를 기반으로 한 실리콘 질화물 열 광학 상 변조기를 설계했습니다. 그들은 마이크로 링 공진기가 강한 커플 링 상태에서 작동한다는 것을 증명했다. 장치는 최소한의 손실로 위상 변조를 달성 할 수 있습니다. 일반적인 도파관 위상 변조기와 비교하여,이 장치는 공간 및 전력 소비의 적어도 크기 감소 를가집니다. 관련 내용은 Nature Photonics에 게시되었습니다.
실리콘 질화물을 기반으로 한 통합 광자 분야의 주요 전문가 인 Michal Lipson은 다음과 같이 말했습니다 :“제안 된 솔루션의 핵심은 광학 공진기를 사용하고 소위 강력한 커플 링 상태에서 작동하는 것입니다.”
광학 공진기는 매우 대칭적인 구조로, 작은 굴절률 변화를 여러 번의 광선 사이클을 통해 위상 변화로 변환 할 수 있습니다. 일반적으로“커플 링 중”과“커플 링 중”의 세 가지 다른 작업 상태로 나눌 수 있습니다. 중요한 커플 링”및 "강한 커플 링". 그 중에서 "커플 링 아래"는 제한된 위상 변조만을 제공 할 수 있으며 불필요한 진폭 변화를 도입 할 수 있으며, "중요한 커플 링"은 실질적인 광학 손실을 유발하여 장치의 실제 성능에 영향을 미칩니다.
완전한 2π 상 변조 및 최소 진폭 변화를 달성하기 위해 연구팀은 마이크로 러링을 "강한 커플 링"상태로 조작했습니다. 마이크로 러링과 "버스"사이의 커플 링 강도는 마이크로 러링의 손실보다 10 배 이상 높다. 일련의 설계 및 최적화 후, 최종 구조는 아래 그림에 나와 있습니다. 이것은 폭이 테이퍼링 된 공명 링입니다. 좁은 도파관 부분은 "버스"와 마이크로 코일 사이의 광학 커플 링 강도를 향상시킵니다. 넓은 도파관 부분은 사이드 월의 광학 산란을 감소시킴으로써 마이크어링의 광 손실이 감소된다.
이 논문의 첫 번째 저자 인 Heqing Huang은 다음과 같이 말했습니다 :“우리는 반경이 5 μm이고 π-rase 변조 전력 소비량이 0.8MW 인 소형, 에너지 절약 및 매우 저소도 가시 광선 변조기를 설계했습니다. 도입 된 진폭 변화는 10%미만입니다. 드문 점은이 변조기가 가시 스펙트럼에서 가장 어려운 파란색과 녹색 대역에 똑같이 효과적이라는 것입니다.”
Nanfang Yu는 또한 전자 제품의 통합 수준에 도달하지 못했지만 그들의 작업은 광 스위치와 전자 스위치 사이의 격차를 극적으로 좁혔다 고 지적했다. "이전 모듈레이터 기술이 특정 칩 풋 프린트 및 전력 예산이 주어진 100 도파관 위상 변조기의 통합 만 허용 한 경우, 이제 동일한 칩에 10,000 개의 위상 시프터를 통합하여보다 복잡한 기능을 달성 할 수 있습니다."
요컨대,이 설계 방법은 전기 광학 조절기에 적용되어 점유 된 공간과 전압 소비를 줄일 수 있습니다. 다른 스펙트럼 범위 및 기타 다른 공진기 설계에도 사용할 수 있습니다. 현재, 연구팀은 이러한 마이크로 링을 기반으로 위상 시프터 어레이로 구성된 가시 스펙트럼 LIDAR를 입증하기 위해 협력하고 있습니다. 앞으로 향상된 광학 비선형 성, 새로운 레이저 및 새로운 양자 광학과 같은 많은 응용 프로그램에도 적용 할 수 있습니다.
기사 출처 : https : //mp.weixin.qq.com/s/o6ihstkmbpqdov4coukxa
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시간 후 : 3 월 -29-2023