अलिकडच्या वर्षांत, विविध देशांतील संशोधकांनी एकात्मिक फोटोनिक्सचा वापर करून इन्फ्रारेड प्रकाश लहरींवर नियंत्रण मिळवले आहे आणि त्यांचा उपयोग हाय-स्पीड 5G नेटवर्क्स, चिप सेन्सर्स आणि स्वायत्त वाहनांमध्ये केला आहे. सध्या, या संशोधन दिशेच्या सततच्या सखोलतेमुळे, संशोधकांनी लहान दृश्य प्रकाश पट्ट्यांचे सखोल निरीक्षण करण्यास आणि चिप-स्तरीय LIDAR, AR/VR/MR (वर्धित/आभासी/संकरित) वास्तव) चष्मा, होलोग्राफिक डिस्प्ले, क्वांटम प्रोसेसिंग चिप्स, मेंदूत प्रत्यारोपित केलेले ऑप्टोजेनेटिक प्रोब्स इत्यादींसारखे अधिक व्यापक अनुप्रयोग विकसित करण्यास सुरुवात केली आहे.
ऑप्टिकल फेज मॉड्युलेटर्सचे मोठ्या प्रमाणावरील एकत्रीकरण हे ऑन-चिप ऑप्टिकल राउटिंग आणि फ्री-स्पेस वेव्हफ्रंट शेपिंगसाठीच्या ऑप्टिकल सबसिस्टमचा गाभा आहे. ही दोन प्राथमिक कार्ये विविध अनुप्रयोगांच्या पूर्ततेसाठी आवश्यक आहेत. तथापि, दृश्य प्रकाशाच्या श्रेणीतील ऑप्टिकल फेज मॉड्युलेटर्ससाठी, एकाच वेळी उच्च पारगम्यता आणि उच्च मॉड्युलेशनच्या आवश्यकता पूर्ण करणे विशेषतः आव्हानात्मक आहे. ही आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, अगदी सर्वात योग्य सिलिकॉन नायट्राइड आणि लिथियम नायोबाइट सामग्रीला देखील आकारमान आणि वीज वापर वाढवावा लागतो.
ही समस्या सोडवण्यासाठी, कोलंबिया विद्यापीठातील मायकल लिप्सन आणि नानफांग यू यांनी ॲडियाबॅटिक मायक्रो-रिंग रेझोनेटरवर आधारित सिलिकॉन नायट्राइड थर्मो-ऑप्टिक फेज मॉड्युलेटरची रचना केली. त्यांनी सिद्ध केले की मायक्रो-रिंग रेझोनेटर स्ट्रॉंग कपलिंग अवस्थेत कार्य करतो. हे उपकरण कमीत कमी हानीसह फेज मॉड्युलेशन साध्य करू शकते. सामान्य वेव्हगाइड फेज मॉड्युलेटरच्या तुलनेत, या उपकरणाच्या जागेत आणि वीज वापरात किमान दहा पटीने घट होते. संबंधित मजकूर 'नेचर फोटोनिक्स'मध्ये प्रकाशित झाला आहे.
सिलिकॉन नायट्राइडवर आधारित इंटिग्रेटेड फोटोनिक्स क्षेत्रातील एक अग्रगण्य तज्ञ, मायकल लिप्सन म्हणाले: “आमच्या प्रस्तावित उपायाचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे ऑप्टिकल रेझोनेटरचा वापर करणे आणि तथाकथित स्ट्रॉंग कपलिंग अवस्थेत काम करणे.”
ऑप्टिकल रेझोनेटर ही एक अत्यंत सममित रचना आहे, जी प्रकाश किरणांच्या अनेक आवर्तनांद्वारे लहान अपवर्तनांक बदलाचे कला बदलात रूपांतर करू शकते. सामान्यतः, त्याचे तीन वेगवेगळ्या कार्य अवस्थांमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते: “अंडर कपलिंग”, “क्रिटिकल कपलिंग” आणि “स्ट्राँग कपलिंग”. यांपैकी, “अंडर कपलिंग” केवळ मर्यादित कला मॉड्युलेशन प्रदान करते आणि अनावश्यक आयाम बदल घडवून आणते, तर “क्रिटिकल कपलिंग”मुळे लक्षणीय प्रकाशीय हानी होते, ज्यामुळे उपकरणाच्या प्रत्यक्ष कार्यक्षमतेवर परिणाम होतो.
संपूर्ण २π फेज मॉड्युलेशन आणि किमान अॅम्प्लिट्यूड बदल साध्य करण्यासाठी, संशोधन संघाने मायक्रोरिंगला "स्ट्रॉंग कपलिंग" अवस्थेत हाताळले. मायक्रोरिंग आणि "बस" यांच्यातील कपलिंगची ताकद ही मायक्रोरिंगच्या लॉसपेक्षा किमान दहा पटीने जास्त आहे. अनेक डिझाइन आणि ऑप्टिमायझेशननंतर, अंतिम रचना खालील आकृतीत दर्शविली आहे. ही टॅपर्ड रुंदीची एक रेझोनंट रिंग आहे. अरुंद वेव्हगाइड भाग "बस" आणि मायक्रो-कॉइल यांच्यातील ऑप्टिकल कपलिंगची ताकद सुधारतो. रुंद वेव्हगाइड भागामुळे बाजूच्या भिंतीचे ऑप्टिकल स्कॅटरिंग कमी होऊन मायक्रोरिंगचा प्रकाश लॉस कमी होतो.
या शोधनिबंधाचे पहिले लेखक, हेकिंग हुआंग, पुढे म्हणाले: “आम्ही केवळ ५ μm त्रिज्येचा आणि फक्त ०.८ mW π-फेज मॉड्युलेशन वीज वापरणारा एक सूक्ष्म, ऊर्जा-बचत करणारा आणि अत्यंत कमी हानी होणारा दृश्य प्रकाश फेज मॉड्युलेटर तयार केला आहे. यामुळे निर्माण होणारा अॅम्प्लिट्यूडमधील बदल १०% पेक्षा कमी आहे. विशेष म्हणजे, हा मॉड्युलेटर दृश्य स्पेक्ट्रममधील सर्वात कठीण निळ्या आणि हिरव्या बँड्ससाठीही तितकाच प्रभावी आहे.”
नानफांग यू यांनी असेही निदर्शनास आणून दिले की, जरी ते इलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांच्या एकात्मतेच्या पातळीपर्यंत पोहोचण्यापासून खूप दूर असले तरी, त्यांच्या कार्यामुळे फोटोनिक स्विचेस आणि इलेक्ट्रॉनिक स्विचेस यांच्यातील दरी लक्षणीयरीत्या कमी झाली आहे. “जर पूर्वीचे मॉड्युलेटर तंत्रज्ञान एका विशिष्ट चिप फूटप्रिंट आणि पॉवर बजेटमध्ये केवळ १०० वेव्हगाईड फेज मॉड्युलेटर्सच्या एकात्मतेला परवानगी देत होते, तर आता आम्ही अधिक जटिल कार्ये साध्य करण्यासाठी त्याच चिपवर १०,००० फेज शिफ्टर्स एकात्म करू शकतो.”
थोडक्यात, ही डिझाइन पद्धत इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर्सना लागणारी जागा आणि व्होल्टेजचा वापर कमी करण्यासाठी लागू केली जाऊ शकते. तिचा वापर इतर स्पेक्ट्रल रेंजमध्ये आणि इतर वेगवेगळ्या रेझोनेटर डिझाइनमध्येही केला जाऊ शकतो. सध्या, संशोधन संघ अशा मायक्रोरिंग्जवर आधारित फेज शिफ्टर अॅरेने बनलेल्या दृश्य स्पेक्ट्रम लिडारचे प्रात्यक्षिक दाखवण्यासाठी सहकार्य करत आहे. भविष्यात, याचा उपयोग वर्धित ऑप्टिकल नॉनलाइनॅरिटी, नवीन लेझर्स आणि नवीन क्वांटम ऑप्टिक्स यांसारख्या अनेक अनुप्रयोगांमध्येही केला जाऊ शकतो.
लेखाचा स्रोत:https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
चीनच्या “सिलिकॉन व्हॅली” – बीजिंग झोंगगुआनकुन येथे स्थित बीजिंग रोफिया ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी लिमिटेड, ही देश-विदेशातील संशोधन संस्था, विद्यापीठे आणि उद्योगांमधील वैज्ञानिक संशोधन कर्मचाऱ्यांना सेवा देण्यासाठी समर्पित एक उच्च-तंत्रज्ञान कंपनी आहे. आमची कंपनी प्रामुख्याने ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादनांचे स्वतंत्र संशोधन आणि विकास, डिझाइन, उत्पादन आणि विक्री यामध्ये गुंतलेली आहे, आणि वैज्ञानिक संशोधक व औद्योगिक अभियंत्यांना नाविन्यपूर्ण उपाय आणि व्यावसायिक, वैयक्तिकृत सेवा प्रदान करते. अनेक वर्षांच्या स्वतंत्र नवनिर्मितीनंतर, कंपनीने 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 तुमच्यासोबत सहकार्य करण्यास उत्सुक आहोत!
पोस्ट करण्याची वेळ: २९ मार्च २०२३