Ces dernières années, des chercheurs de divers pays ont utilisé la photonique intégrée pour réaliser successivement la manipulation des ondes lumineuses infrarouges et les appliquer à des réseaux 5G à grande vitesse, des capteurs de puces et des véhicules autonomes. À l'heure actuelle, avec l'approvisionnement continu de cette direction de recherche, les chercheurs ont commencé à effectuer une détection approfondie de bandes lumineuses visibles plus courtes et à développer des applications plus étendues, telles que des verres LiDAR au niveau des puces, des affichages holographiques, des puces de traitement de la quantité / virtuels, des optogénétiques impliqués dans le cerveau, etc.
L'intégration à grande échelle des modulateurs de phase optique est le noyau du sous-système optique pour le routage optique sur puce et la mise en forme du front d'onde de l'espace libre. Ces deux fonctions prima ry sont essentielles pour la réalisation de diverses applications. Cependant, pour les modulateurs de phase optique dans la gamme de lumière visible, il est particulièrement difficile de répondre aux exigences d'une transmittance élevée et d'une modulation élevée en même temps. Pour répondre à cette exigence, même les matériaux de nitrure de silicium et de lithium le plus approprié doivent augmenter le volume et la consommation d'énergie.
Pour résoudre ce problème, Michal Lipson et Nanfang Yu de l'Université Columbia ont conçu un modulateur de phase thermo-optique de nitrure de silicium basé sur le résonateur de micro-anneau adiabatique. Ils ont prouvé que le résonateur de micro-anneaux fonctionne dans un état de couplage fort. L'appareil peut atteindre une modulation de phase avec une perte minimale. Par rapport aux modulateurs de phase de guide d'onde ordinaires, l'appareil a au moins un ordre de réduction de magnitude dans l'espace et la consommation d'énergie. Le contenu connexe a été publié dans Nature Photonics.
Michal Lipson, un expert de premier plan dans le domaine de la photonique intégrée, basé sur le nitrure de silicium, a déclaré: «La clé de notre solution proposée est d'utiliser un résonateur optique et d'opérer dans un état de couplage soi-disant fort.»
Le résonateur optique est une structure hautement symétrique, qui peut convertir un petit changement d'indice de réfraction en un changement de phase à travers plusieurs cycles de faisceaux lumineux. Généralement, il peut être divisé en trois états de travail différents: «sous couplage» et «sous couplage». Couplage critique »et« couplage fort ». Parmi eux, «sous couplage» ne peut fournir que une modulation de phase limitée et introduira des changements d'amplitude inutiles, et le «couplage critique» entraînera une perte optique substantielle, affectant ainsi les performances réelles de l'appareil.
Pour atteindre une modulation complète de phase 2π et un changement minimal d'amplitude, l'équipe de recherche a manipulé le microration dans un état «couplage fort». La résistance au couplage entre le microration et le «bus» est au moins dix fois plus élevée que la perte du microration. Après une série de conceptions et d'optimisation, la structure finale est représentée dans la figure ci-dessous. Il s'agit d'un anneau résonnant avec une largeur effilée. La partie de guide d'onde étroit améliore la résistance au couplage optique entre le «bus» et la micro-bobine. Le guide d'onde large partie La perte de lumière du microration est réduite en réduisant la diffusion optique de la paroi latérale.
Heqing Huang, le premier auteur du papier, a également déclaré: «Nous avons conçu un modulateur de phase lumineux visible miniature, économique et extrêmement faible avec un rayon de seulement 5 μm et une consommation électrique de modulation en phase π de seulement 0,8 MW. La variation d'amplitude introduite est inférieure à 10%. Ce qui est plus rare, c'est que ce modulateur est tout aussi efficace pour les bandes bleues et vertes les plus difficiles du spectre visible. »
Nanfang Yu a également souligné que bien qu'ils soient loin d'atteindre le niveau d'intégration des produits électroniques, leur travail a considérablement réduit l'écart entre les commutateurs photoniques et les commutateurs électroniques. "Si la technologie du modulateur précédent permettait uniquement l'intégration de 100 modulateurs de phase de guide d'onde compte tenu d'une certaine empreinte de la puce et d'un budget de puissance, nous pouvons désormais intégrer 10 000 déphasages sur la même puce pour atteindre une fonction plus complexe."
En bref, cette méthode de conception peut être appliquée aux modulateurs électro-optiques pour réduire l'espace occupé et la consommation de tension. Il peut également être utilisé dans d'autres gammes spectrales et autres conceptions de résonateurs différentes. À l'heure actuelle, l'équipe de recherche coopère pour démontrer le spectre visible lidar composé de réseaux de phase de phase basés sur ces micro-micro. À l'avenir, il peut également être appliqué à de nombreuses applications telles que la non-linéarité optique améliorée, les nouveaux lasers et la nouvelle optique quantique.
Source de l'article: https: //mp.weixin.qq.com/s/o6ihstkmbpqkdov4Coukxa
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