Сүүлийн жилүүдэд янз бүрийн орны судлаачид хэт улаан туяаны гэрлийн долгионыг удирдах ажлыг дараалан хийж, өндөр хурдны 5G сүлжээ, чип мэдрэгч, бие даасан тээврийн хэрэгсэлд хэрэгжүүлэхийн тулд нэгдсэн фотоникийг ашиглаж байна. Одоогийн байдлаар энэхүү судалгааны чиглэл тасралтгүй гүнзгийрч байгаатай холбогдуулан судлаачид богино харагдах гэрлийн зурвасыг гүнзгийрүүлэн илрүүлж, чип түвшний LIDAR, AR/VR/MR (сайжруулсан/виртуал/эрлийз) бодит байдлын шил, голографик дэлгэц, квант боловсруулалтын чип, тархинд суулгасан оптогенетикийн зонд гэх мэт илүү өргөн хүрээтэй хэрэглээг боловсруулж эхэлж байна.
Оптик фазын модуляторуудыг өргөн хүрээнд нэгтгэх нь чип дээрх оптик чиглүүлэлт болон чөлөөт орон зайн долгионы фронтыг хэлбэржүүлэх оптик дэд системийн гол цөм юм. Эдгээр хоёр үндсэн функц нь янз бүрийн хэрэглээг хэрэгжүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч харагдах гэрлийн хүрээнд оптик фазын модуляторуудын хувьд өндөр дамжуулалт болон өндөр модуляцийн шаардлагыг нэгэн зэрэг хангах нь онцгой бэрхшээлтэй байдаг. Энэ шаардлагыг хангахын тулд хамгийн тохиромжтой цахиурын нитрид болон литийн ниобат материалууд ч гэсэн эзэлхүүн болон эрчим хүчний хэрэглээг нэмэгдүүлэх шаардлагатай.
Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд Колумбын Их Сургуулийн Михал Липсон, Нанфан Ю нар адиабат микро цагираг резонатор дээр суурилсан цахиурын нитридийн термо-оптик фазын модуляторыг зохион бүтээжээ. Тэд микро цагираг резонатор нь хүчтэй холболтын төлөвт ажилладаг болохыг баталсан. Төхөөрөмж нь хамгийн бага алдагдалтай фазын модуляцийг хийж чадна. Энгийн долгион хөтлүүрийн фазын модулятортой харьцуулахад төхөөрөмж нь орон зай болон эрчим хүчний хэрэглээг дор хаяж нэг хэмжээгээр бууруулдаг. Холбогдох контентыг Nature Photonics сэтгүүлд нийтэлсэн.
Цахиурын нитрид дээр суурилсан интеграл фотоникийн салбарын тэргүүлэх мэргэжилтэн Михал Липсон: "Бидний санал болгож буй шийдлийн гол түлхүүр нь оптик резонатор ашиглах, хүчтэй холболтын төлөвт ажиллах явдал юм" гэж хэлэв.
Оптик резонатор нь маш тэгш хэмтэй бүтэцтэй бөгөөд гэрлийн цацрагийн олон мөчлөгөөр дамжуулан бага хэмжээний хугарлын индексийн өөрчлөлтийг фазын өөрчлөлт болгон хувиргаж чаддаг. Ерөнхийдөө үүнийг гурван өөр ажиллах төлөвт хувааж болно: "холбогдохгүй" ба "холбогдохгүй". Чухал холболт" ба "хүчтэй холболт". Тэдгээрийн дотроос "холбогдохгүй" нь зөвхөн хязгаарлагдмал фазын модуляцийг хангаж, шаардлагагүй далайцын өөрчлөлтийг бий болгодог бөгөөд "чухал холболт" нь оптик алдагдалд хүргэж, улмаар төхөөрөмжийн бодит гүйцэтгэлд нөлөөлнө.
Бүрэн 2π фазын модуляци болон хамгийн бага далайцын өөрчлөлтийг хийхийн тулд судалгааны баг микро цагиргийг "хүчтэй холболт" төлөвт удирдсан. Микро цагираг болон "шина"-ны хоорондох холболтын хүч нь микро цагирагны алдагдлаас дор хаяж арав дахин их байна. Хэд хэдэн загвар, оновчлолын дараа эцсийн бүтцийг доорх зурагт үзүүлэв. Энэ нь конус хэлбэрийн өргөнтэй резонансын цагираг юм. Нарийхан долгион хөтлөгч хэсэг нь "шина" болон микро ороомгийн хоорондох оптик холболтын хүчийг сайжруулдаг. Өргөн долгион хөтлөгч хэсэг Хажуугийн хананы оптик тархалтыг бууруулснаар микро цагирагны гэрлийн алдагдлыг бууруулдаг.
Өгүүллийн анхны зохиогч Хэчин Хуан мөн хэлэхдээ: “Бид ердөө 5 μм радиустай, ердөө 0.8 мВт π фазын модуляцийн эрчим хүчний хэрэглээтэй бяцхан, эрчим хүч хэмнэдэг, маш бага алдагдалтай харагдах гэрлийн фазын модуляторыг зохион бүтээсэн. Оруулсан далайцын хэлбэлзэл нь 10%-иас бага байна. Хамгийн ховор тохиолддог зүйл бол энэхүү модулятор нь харагдах спектрийн хамгийн хэцүү цэнхэр, ногоон зурвасуудад адилхан үр дүнтэй байдаг.” гэжээ.
Нанфан Ю мөн электрон бүтээгдэхүүний интеграцийн түвшинд хүрэхээс хол байгаа ч тэдний ажил фотоник унтраалга болон электрон унтраалгын хоорондох зөрүүг эрс багасгасан гэдгийг онцолсон. "Хэрэв өмнөх модуляторын технологи нь тодорхой чипийн ул мөр болон чадлын төсөвтэй үед л 100 долгион хөтлөгч фазын модуляторыг нэгтгэх боломжийг олгодог байсан бол одоо бид илүү нарийн төвөгтэй функцийг бий болгохын тулд нэг чип дээр 10,000 фазын шилжүүлэгчийг нэгтгэж чадна."
Товчхондоо, энэхүү дизайны аргыг эзлэгдсэн орон зай болон хүчдэлийн хэрэглээг багасгахын тулд электро-оптик модуляторуудад хэрэглэж болно. Үүнийг мөн бусад спектрийн мужууд болон бусад өөр резонаторын загварт ашиглаж болно. Одоогийн байдлаар судалгааны баг ийм микро цагираг дээр суурилсан фазын шилжүүлэгч массивуудаас бүрдсэн харагдах спектрийн LIDAR-ийг үзүүлэхээр хамтран ажиллаж байна. Ирээдүйд үүнийг сайжруулсан оптик шугаман бус байдал, шинэ лазер, шинэ квант оптик зэрэг олон хэрэглээнд ашиглаж болно.
Нийтлэлийн эх сурвалж: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Хятадын "Цахиур хөндий" - Бээжингийн Жунгуаньцунь хотод байрладаг Бээжин Рофеа Оптоэлектроник ХХК нь дотоод, гадаадын судалгааны байгууллага, судалгааны хүрээлэн, их дээд сургууль, аж ахуйн нэгжийн шинжлэх ухааны судалгааны ажилтнуудад үйлчлэх зорилготой өндөр технологийн аж ахуйн нэгж юм. Манай компани нь голчлон оптоэлектроник бүтээгдэхүүний бие даасан судалгаа, хөгжүүлэлт, зураг төсөл, үйлдвэрлэл, борлуулалтын чиглэлээр үйл ажиллагаа явуулдаг бөгөөд шинжлэх ухааны судлаачид болон үйлдвэрлэлийн инженерүүдэд зориулсан шинэлэг шийдэл, мэргэжлийн, хувь хүнд тохирсон үйлчилгээ үзүүлдэг. Олон жилийн бие даасан инновацийн дараа энэ нь хотын захиргаа, цэрэг, тээвэр, цахилгаан эрчим хүч, санхүү, боловсрол, анагаах ухаан болон бусад салбарт өргөн хэрэглэгддэг баялаг, төгс цуврал фотоэлектроник бүтээгдэхүүнийг бий болгосон.
Бид тантай хамтран ажиллахыг тэсэн ядан хүлээж байна!
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 3-р сарын 29