सर्वात कमी शक्तीसह सर्वात लहान दृश्यमान प्रकाश फेज मॉड्युलेटर जन्माला येतो

अलिकडच्या वर्षांत, विविध देशांतील संशोधकांनी एकात्मिक फोटोनिक्सचा वापर इन्फ्रारेड प्रकाश लहरींच्या हाताळणीची जाणीव करून देण्यासाठी केला आहे आणि त्यांना हाय-स्पीड 5G नेटवर्क, चिप सेन्सर आणि स्वायत्त वाहनांवर लागू केले आहे. सध्या, या संशोधनाच्या दिशेच्या सतत सखोलतेसह, संशोधकांनी लहान दृश्यमान प्रकाश पट्ट्यांचा सखोल शोध घेण्यास सुरुवात केली आहे आणि चिप-स्तरीय LIDAR, AR/VR/MR (वर्धित/वर्च्युअल/ हायब्रीड) वास्तविकता) चष्मा, होलोग्राफिक डिस्प्ले, क्वांटम प्रोसेसिंग चिप्स, मेंदूमध्ये रोपण केलेले ऑप्टोजेनेटिक प्रोब इ.

ऑप्टिकल फेज मॉड्युलेटर्सचे मोठ्या प्रमाणात एकत्रीकरण हे ऑन-चिप ऑप्टिकल राउटिंग आणि फ्री-स्पेस वेव्हफ्रंट शेपिंगसाठी ऑप्टिकल सबसिस्टमचा मुख्य भाग आहे. ही दोन प्राथमिक कार्ये विविध अनुप्रयोगांच्या प्राप्तीसाठी आवश्यक आहेत. तथापि, दृश्यमान प्रकाश श्रेणीतील ऑप्टिकल फेज मॉड्युलेटरसाठी, एकाच वेळी उच्च संप्रेषण आणि उच्च मॉड्युलेशनच्या आवश्यकता पूर्ण करणे विशेषतः आव्हानात्मक आहे. ही आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, अगदी योग्य सिलिकॉन नायट्राइड आणि लिथियम नायोबेट सामग्रीला देखील आवाज आणि वीज वापर वाढवणे आवश्यक आहे.

या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, कोलंबिया विद्यापीठातील मिचल लिपसन आणि नानफांग यू यांनी सिलिकॉन नायट्राइड थर्मो-ऑप्टिक फेज मॉड्युलेटर ॲडियाबॅटिक मायक्रो-रिंग रेझोनेटरवर आधारित डिझाइन केले. त्यांनी सिद्ध केले की मायक्रो-रिंग रेझोनेटर मजबूत कपलिंग स्थितीत कार्य करते. डिव्हाइस कमीतकमी नुकसानासह फेज मॉड्यूलेशन साध्य करू शकते. सामान्य वेव्हगाइड फेज मॉड्युलेटर्सच्या तुलनेत, डिव्हाइसमध्ये कमीत कमी जागा आणि वीज वापरामध्ये परिमाण कमी करण्याचा क्रम आहे. संबंधित सामग्री नेचर फोटोनिक्समध्ये प्रकाशित केली आहे.

सिलिकॉन नायट्राइडवर आधारित, इंटिग्रेटेड फोटोनिक्स क्षेत्रातील आघाडीचे तज्ज्ञ मिचल लिपसन म्हणाले: "आमच्या प्रस्तावित समाधानाची गुरुकिल्ली म्हणजे ऑप्टिकल रेझोनेटर वापरणे आणि तथाकथित मजबूत कपलिंग स्थितीत कार्य करणे."

ऑप्टिकल रेझोनेटर ही एक अत्यंत सममितीय रचना आहे, जी प्रकाश किरणांच्या अनेक चक्रांद्वारे एका लहान अपवर्तक निर्देशांकातील बदलाला फेज बदलामध्ये रूपांतरित करू शकते. साधारणपणे, ते तीन वेगवेगळ्या कार्यरत स्थितींमध्ये विभागले जाऊ शकते: "अंडर कपलिंग" आणि "अंडर कपलिंग." क्रिटिकल कपलिंग" आणि "मजबूत कपलिंग." त्यापैकी, "अंडर कपलिंग" केवळ मर्यादित फेज मॉड्युलेशन प्रदान करू शकते आणि अनावश्यक मोठेपणा बदल आणेल आणि "क्रिटिकल कपलिंग" मुळे मोठ्या प्रमाणात ऑप्टिकल नुकसान होईल, ज्यामुळे डिव्हाइसच्या वास्तविक कार्यक्षमतेवर परिणाम होईल.

पूर्ण 2π फेज मॉड्युलेशन आणि किमान मोठेपणा बदल साध्य करण्यासाठी, संशोधन कार्यसंघाने मायक्रोरिंगला "मजबूत कपलिंग" स्थितीत हाताळले. मायक्रोरिंग आणि "बस" मधील जोडणीची ताकद मायक्रोरिंगच्या नुकसानापेक्षा किमान दहापट जास्त आहे. डिझाइन आणि ऑप्टिमायझेशनच्या मालिकेनंतर, अंतिम रचना खालील आकृतीमध्ये दर्शविली आहे. हे टेपर्ड रुंदीसह रेझोनंट रिंग आहे. अरुंद वेव्हगाइड भाग "बस" आणि मायक्रो-कॉइलमधील ऑप्टिकल कपलिंग सामर्थ्य सुधारतो. विस्तृत वेव्हगाइड भाग साइडवॉलचे ऑप्टिकल स्कॅटरिंग कमी करून मायक्रोरिंगचा प्रकाश कमी होतो.

हेकिंग हुआंग, पेपरचे पहिले लेखक, असेही म्हणाले: “आम्ही केवळ 5 μm त्रिज्या आणि केवळ π-फेज मॉड्युलेशन पॉवर वापरासह सूक्ष्म, ऊर्जा-बचत आणि अत्यंत कमी-तोटा दृश्यमान प्रकाश फेज मॉड्युलेटर डिझाइन केले आहे. 0.8 मेगावॅट सादर केलेले मोठेपणा भिन्नता 10% पेक्षा कमी आहे. सर्वात दुर्मिळ गोष्ट म्हणजे हे मॉड्यूलेटर दृश्यमान स्पेक्ट्रममधील सर्वात कठीण निळ्या आणि हिरव्या बँडसाठी तितकेच प्रभावी आहे.”

नानफांग यू यांनी हे देखील निदर्शनास आणून दिले की ते इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांच्या एकत्रीकरणाच्या पातळीपर्यंत पोहोचण्यापासून दूर असले तरी त्यांच्या कार्याने फोटोनिक स्विचेस आणि इलेक्ट्रॉनिक स्विचेसमधील अंतर नाटकीयरित्या कमी केले आहे. "मागील मॉड्युलेटर तंत्रज्ञानाने विशिष्ट चिप फूटप्रिंट आणि पॉवर बजेट दिलेल्या 100 वेव्हगाइड फेज मॉड्युलेटर्सच्या एकत्रीकरणास परवानगी दिली असल्यास, आम्ही आता अधिक जटिल कार्य साध्य करण्यासाठी त्याच चिपवर 10,000 फेज शिफ्टर्स समाकलित करू शकतो."

थोडक्यात, ही डिझाईन पद्धत इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर्सवर लागू केली जाऊ शकते जेणेकरून व्यापलेली जागा आणि व्होल्टेजचा वापर कमी होईल. हे इतर वर्णक्रमीय श्रेणी आणि इतर भिन्न रेझोनेटर डिझाइनमध्ये देखील वापरले जाऊ शकते. सध्या, संशोधन संघ अशा मायक्रोरिंग्सवर आधारित फेज शिफ्टर ॲरेने बनलेला दृश्यमान स्पेक्ट्रम LIDAR प्रदर्शित करण्यासाठी सहकार्य करत आहे. भविष्यात, हे वर्धित ऑप्टिकल नॉनलाइनरिटी, नवीन लेसर आणि नवीन क्वांटम ऑप्टिक्स सारख्या अनेक अनुप्रयोगांवर देखील लागू केले जाऊ शकते.

लेखाचा स्रोत:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA

चीनच्या “सिलिकॉन व्हॅली” – बीजिंग झोंगगुआनकुन येथे स्थित बीजिंग रोफेआ ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कंपनी लिमिटेड, हा देशांतर्गत आणि परदेशी संशोधन संस्था, संशोधन संस्था, विद्यापीठे आणि एंटरप्राइझ वैज्ञानिक संशोधन कर्मचाऱ्यांना सेवा देण्यासाठी समर्पित उच्च-तंत्रज्ञान उपक्रम आहे. आमची कंपनी प्रामुख्याने स्वतंत्र संशोधन आणि विकास, डिझाइन, उत्पादन, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांची विक्री यामध्ये गुंतलेली आहे आणि वैज्ञानिक संशोधक आणि औद्योगिक अभियंत्यांसाठी नाविन्यपूर्ण उपाय आणि व्यावसायिक, वैयक्तिकृत सेवा प्रदान करते. अनेक वर्षांच्या स्वतंत्र शोधानंतर, त्याने फोटोइलेक्ट्रिक उत्पादनांची एक समृद्ध आणि परिपूर्ण मालिका तयार केली आहे, जी महापालिका, लष्करी, वाहतूक, विद्युत उर्जा, वित्त, शिक्षण, वैद्यकीय आणि इतर उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.

आम्ही तुमच्या सहकार्यासाठी उत्सुक आहोत!