सर्वात कमी शक्ती असलेला सर्वात लहान दृश्यमान प्रकाश फेज मॉड्युलेटर जन्माला आला आहे.

अलिकडच्या वर्षांत, विविध देशांतील संशोधकांनी एकात्मिक फोटोनिक्सचा वापर करून इन्फ्रारेड प्रकाश लहरींचे हाताळणी क्रमिकपणे लक्षात घेतली आहे आणि त्यांना हाय-स्पीड 5G नेटवर्क, चिप सेन्सर्स आणि स्वायत्त वाहनांवर लागू केले आहे. सध्या, या संशोधन दिशेच्या सतत खोलीकरणासह, संशोधकांनी लहान दृश्यमान प्रकाश बँडचा सखोल शोध घेण्यास सुरुवात केली आहे आणि चिप-स्तरीय LIDAR, AR/VR/MR (वर्धित/आभासी/हायब्रिड) रिअॅलिटी) चष्मा, होलोग्राफिक डिस्प्ले, क्वांटम प्रोसेसिंग चिप्स, मेंदूमध्ये रोपण केलेले ऑप्टोजेनेटिक प्रोब इत्यादीसारखे अधिक व्यापक अनुप्रयोग विकसित केले आहेत.

ऑप्टिकल फेज मॉड्युलेटर्सचे मोठ्या प्रमाणात एकत्रीकरण हे ऑन-चिप ऑप्टिकल रूटिंग आणि फ्री-स्पेस वेव्हफ्रंट शेपिंगसाठी ऑप्टिकल सबसिस्टमचा गाभा आहे. विविध अनुप्रयोगांच्या प्राप्तीसाठी ही दोन प्राथमिक कार्ये आवश्यक आहेत. तथापि, दृश्यमान प्रकाश श्रेणीतील ऑप्टिकल फेज मॉड्युलेटर्ससाठी, एकाच वेळी उच्च ट्रान्समिटन्स आणि उच्च मॉड्युलेशनच्या आवश्यकता पूर्ण करणे विशेषतः आव्हानात्मक आहे. ही आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, सर्वात योग्य सिलिकॉन नायट्राइड आणि लिथियम निओबेट सामग्री देखील व्हॉल्यूम आणि वीज वापर वाढवणे आवश्यक आहे.

या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, कोलंबिया विद्यापीठातील मिशेल लिपसन आणि नानफांग यू यांनी अ‍ॅडियाबॅटिक मायक्रो-रिंग रेझोनेटरवर आधारित सिलिकॉन नायट्राइड थर्मो-ऑप्टिक फेज मॉड्युलेटर डिझाइन केले. त्यांनी सिद्ध केले की मायक्रो-रिंग रेझोनेटर मजबूत कपलिंग स्थितीत कार्य करतो. हे उपकरण कमीत कमी नुकसानासह फेज मॉड्युलेशन साध्य करू शकते. सामान्य वेव्हगाइड फेज मॉड्युलेटरच्या तुलनेत, या उपकरणात जागा आणि वीज वापरात कमीत कमी घट आहे. संबंधित सामग्री नेचर फोटोनिक्समध्ये प्रकाशित झाली आहे.

सिलिकॉन नायट्राइडवर आधारित एकात्मिक फोटोनिक्स क्षेत्रातील आघाडीचे तज्ज्ञ मिचल लिपसन म्हणाले: "आमच्या प्रस्तावित उपायाची गुरुकिल्ली म्हणजे ऑप्टिकल रेझोनेटर वापरणे आणि तथाकथित मजबूत जोडणी स्थितीत कार्य करणे."

ऑप्टिकल रेझोनेटर ही एक अत्यंत सममितीय रचना आहे, जी प्रकाश किरणांच्या अनेक चक्रांद्वारे लहान अपवर्तक निर्देशांक बदलाचे फेज बदलात रूपांतर करू शकते. साधारणपणे, ते तीन वेगवेगळ्या कार्यरत अवस्थांमध्ये विभागले जाऊ शकते: "अंडर कपलिंग" आणि "अंडर कपलिंग." क्रिटिकल कपलिंग" आणि "स्ट्राँग कपलिंग." त्यापैकी, "अंडर कपलिंग" केवळ मर्यादित फेज मॉड्युलेशन प्रदान करू शकते आणि अनावश्यक मोठेपणा बदल आणेल आणि "क्रिटिकल कपलिंग" मुळे लक्षणीय ऑप्टिकल नुकसान होईल, ज्यामुळे डिव्हाइसच्या वास्तविक कामगिरीवर परिणाम होईल.

पूर्ण 2π फेज मॉड्युलेशन आणि किमान अॅम्प्लिट्यूड बदल साध्य करण्यासाठी, संशोधन पथकाने मायक्रोरिंगला "मजबूत कपलिंग" स्थितीत हाताळले. मायक्रोरिंग आणि "बस" मधील कपलिंग स्ट्रेंथ मायक्रोरिंगच्या नुकसानापेक्षा किमान दहा पट जास्त आहे. डिझाइन आणि ऑप्टिमायझेशनच्या मालिकेनंतर, अंतिम रचना खालील आकृतीमध्ये दर्शविली आहे. ही एक टॅपर्ड रुंदी असलेली रेझोनंट रिंग आहे. अरुंद वेव्हगाइड भाग "बस" आणि मायक्रो-कॉइलमधील ऑप्टिकल कपलिंग स्ट्रेंथ सुधारतो. रुंद वेव्हगाइड भाग साइडवॉलचे ऑप्टिकल स्कॅटरिंग कमी करून मायक्रोरिंगचा प्रकाश तोटा कमी केला जातो.

या पेपरचे पहिले लेखक हेकिंग हुआंग यांनी असेही म्हटले आहे की: "आम्ही फक्त 5 μm त्रिज्या आणि फक्त 0.8 mW च्या π-फेज मॉड्युलेशन पॉवर वापरासह एक लघु, ऊर्जा-बचत करणारा आणि अत्यंत कमी-तोटा दृश्यमान प्रकाश फेज मॉड्युलेटर डिझाइन केला आहे. सादर केलेला अॅम्प्लिट्यूड व्हेरिएशन 10% पेक्षा कमी आहे. सर्वात दुर्मिळ गोष्ट म्हणजे हे मॉड्युलेटर दृश्यमान स्पेक्ट्रममधील सर्वात कठीण निळ्या आणि हिरव्या पट्ट्यांसाठी तितकेच प्रभावी आहे."

नानफांग यू यांनी असेही निदर्शनास आणून दिले की जरी ते इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांच्या एकत्रीकरणाच्या पातळीपर्यंत पोहोचण्यापासून खूप दूर असले तरी, त्यांच्या कामामुळे फोटोनिक स्विच आणि इलेक्ट्रॉनिक स्विचमधील अंतर नाटकीयरित्या कमी झाले आहे. "जर मागील मॉड्युलेटर तंत्रज्ञानाने विशिष्ट चिप फूटप्रिंट आणि पॉवर बजेट देऊन फक्त १०० वेव्हगाइड फेज मॉड्युलेटरचे एकत्रीकरण करण्याची परवानगी दिली असती, तर आता आपण अधिक जटिल कार्य साध्य करण्यासाठी त्याच चिपवर १०,००० फेज शिफ्टर्स एकत्रित करू शकतो."

थोडक्यात, ही डिझाइन पद्धत इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरवर लागू केली जाऊ शकते जेणेकरून व्यापलेली जागा आणि व्होल्टेजचा वापर कमी होईल. हे इतर स्पेक्ट्रल रेंज आणि इतर वेगवेगळ्या रेझोनेटर डिझाइनमध्ये देखील वापरले जाऊ शकते. सध्या, संशोधन पथक अशा मायक्रोरिंग्जवर आधारित फेज शिफ्टर अ‍ॅरेपासून बनलेले 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.

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

चीनच्या "सिलिकॉन व्हॅली" - बीजिंग झोंगगुआनकुन येथे स्थित बीजिंग रोफिया ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी लिमिटेड ही एक उच्च-तंत्रज्ञान कंपनी आहे जी देशांतर्गत आणि परदेशी संशोधन संस्था, संशोधन संस्था, विद्यापीठे आणि एंटरप्राइझ वैज्ञानिक संशोधन कर्मचाऱ्यांना सेवा देण्यासाठी समर्पित 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 नवोपक्रमानंतर, त्यांनी फोटोइलेक्ट्रिक उत्पादनांची एक समृद्ध आणि परिपूर्ण मालिका तयार केली आहे, जी महानगरपालिका, लष्करी, वाहतूक, विद्युत ऊर्जा, वित्त, शिक्षण, वैद्यकीय आणि इतर उद्योगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.

आम्ही तुमच्या सहकार्याची वाट पाहत आहोत!