近年、さまざまな国の研究者が統合フォトニクスを使用して、赤外線波の操作を一般的に実現し、高速5Gネットワーク、チップセンサー、および自律車両に適用しています。現在、この研究の方向性が継続的に深化されているため、研究者は、より短い可視光帯の詳細な検出を実施し始め、チップレベルのLidar、AR/VR/MR/MR（拡張/仮想/ハイブリッド）現実などのより広範なアプリケーションを開発し始めました。
光位相モジュレーターの大規模な統合は、オンチップ光学ルーティングと自由空間波面形状の光学サブシステムのコアです。これらの2つのプリマー機能は、さまざまなアプリケーションの実現に不可欠です。ただし、可視光範囲の光相性モジュレーターの場合、高透過率と高変調の要件を同時に満たすことは特に困難です。この要件を満たすために、最も適切な窒化シリコンおよびニオベートリチウム材料でさえ、体積と消費量を増やす必要があります。
この問題を解決するために、コロンビア大学のミカルリプソンとナンファンユーは、断熱マイクロリング共振器に基づいて窒化シリコン熱光相変調器を設計しました。彼らは、マイクロリング共振器が強力な結合状態で動作することを証明しました。デバイスは、最小限の損失で位相変調を実現できます。通常の導波路相モジュレーターと比較して、デバイスは少なくともスペースと消費電力を少なくとも数桁削減しています。関連コンテンツは、Nature Photonicsで公開されています。
窒化シリコンに基づいた統合フォトニクスの分野の主要な専門家であるミカルリップソンは、「提案されたソリューションの鍵は、光学豊かな共振器を使用し、いわゆる強力な結合状態で動作することです。」
光共振器は非常に対称的な構造であり、小さな屈折率の変化を複数サイクルの光ビームを介して位相変化に変換できます。一般に、「カップリング下」と「カップリング下」の3つの異なる作業状態に分けることができます。重要な結合」と「強力な結合」。その中で、「下のカップリング」は限られた位相変調のみを提供し、不必要な振幅の変化をもたらすことができ、「重要な結合」は大きな光学的損失を引き起こし、それによってデバイスの実際のパフォーマンスに影響を与えます。
完全な2π位相変調と最小限の振幅の変化を達成するために、研究チームは「強力な結合」状態で微細な微細を操作しました。マイクロリングと「バス」の間の結合強度は、微細な喪失の少なくとも10倍です。一連のデザインと最適化の後、最終構造を下の図に示します。これは、テーパー幅の共鳴リングです。狭い導波路部分は、「バス」とマイクロコイルの間の光カップリング強度を改善します。広い導波路部分側壁の光学散乱を減らすことにより、微細な微量損失が縮小されます。
論文の最初の著者であるHeqing Huangは、次のように述べています。導入された振幅変動は10％未満です。まれなのは、このモジュレーターが可視スペクトル内の最も困難な青と緑のバンドに等しく効果的であることです。」
Nanfang Yuはまた、電子製品の統合レベルに到達するにはほど遠いものの、彼らの作業はフォトニックスイッチと電子スイッチの間のギャップを劇的に狭めたと指摘しました。 「以前のモジュレーターテクノロジーで、特定のチップフットプリントと電力予算が与えられた100の導波路フェーズモジュレーターの統合のみが許可されている場合、同じチップに10,000位の位相シフターを統合して、より複雑な機能を実現できるようになりました。」
要するに、この設計方法を電気光学モジュレーターに適用して、占有された空間と電圧消費量を減らすことができます。また、他のスペクトル範囲やその他の異なる共振器設計でも使用できます。現在、研究チームは、そのようなマイクロリングに基づいて位相シフターアレイで構成される可視スペクトルリダーを実証するために協力しています。将来的には、光学的非線形性の強化、新しいレーザー、新しい量子光学などの多くのアプリケーションにも適用できます。
記事ソース：https：//mp.weixin.qq.com/s/o6ihstkmbpqkdov4coukxa
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投稿時間：Mar-29-2023