सबसे कम बिजली खपत वाला सबसे छोटा दृश्य प्रकाश फेज़ मॉड्युलेटर अस्तित्व में आया।

हाल के वर्षों में, विभिन्न देशों के शोधकर्ताओं ने एकीकृत फोटोनिक्स का उपयोग करके अवरक्त प्रकाश तरंगों के हेरफेर को सफलतापूर्वक साकार किया है और उन्हें उच्च गति वाले 5G नेटवर्क, चिप सेंसर और स्वायत्त वाहनों में लागू किया है। वर्तमान में, इस शोध दिशा के निरंतर गहन होने के साथ, शोधकर्ताओं ने दृश्य प्रकाश के छोटे बैंडों का गहन पता लगाना शुरू कर दिया है और चिप-स्तरीय LIDAR, AR/VR/MR (उन्नत/आभासी/हाइब्रिड रियलिटी) चश्मे, होलोग्राफिक डिस्प्ले, क्वांटम प्रोसेसिंग चिप्स, मस्तिष्क में प्रत्यारोपित ऑप्टोजेनेटिक प्रोब आदि जैसे अधिक व्यापक अनुप्रयोग विकसित किए हैं।

ऑप्टिकल फेज़ मॉड्युलेटरों का बड़े पैमाने पर एकीकरण ऑन-चिप ऑप्टिकल रूटिंग और फ्री-स्पेस वेवफ्रंट शेपिंग के लिए ऑप्टिकल सबसिस्टम का मूल आधार है। ये दो प्राथमिक कार्य विभिन्न अनुप्रयोगों को साकार करने के लिए आवश्यक हैं। हालांकि, दृश्य प्रकाश श्रेणी में ऑप्टिकल फेज़ मॉड्युलेटरों के लिए, उच्च पारगम्यता और उच्च मॉड्यूलेशन की आवश्यकताओं को एक साथ पूरा करना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है। इस आवश्यकता को पूरा करने के लिए, सबसे उपयुक्त सिलिकॉन नाइट्राइड और लिथियम नायोबेट सामग्री को भी आकार और बिजली की खपत बढ़ानी पड़ती है।

इस समस्या को हल करने के लिए, कोलंबिया विश्वविद्यालय के माइकल लिप्सन और नानफैंग यू ने एडियाबेटिक माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर पर आधारित सिलिकॉन नाइट्राइड थर्मो-ऑप्टिक फेज़ मॉड्युलेटर डिज़ाइन किया। उन्होंने सिद्ध किया कि माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर एक मजबूत कपलिंग अवस्था में कार्य करता है। यह उपकरण न्यूनतम हानि के साथ फेज़ मॉड्युलेशन प्राप्त कर सकता है। सामान्य वेवगाइड फेज़ मॉड्युलेटर की तुलना में, इस उपकरण की स्थानिक और विद्युत खपत में कम से कम दस गुना कमी आई है। संबंधित सामग्री नेचर फोटोनिक्स में प्रकाशित हुई है।

सिलिकॉन नाइट्राइड पर आधारित एकीकृत फोटोनिक्स के क्षेत्र में अग्रणी विशेषज्ञ माइकल लिप्सन ने कहा: "हमारे प्रस्तावित समाधान की कुंजी एक ऑप्टिकल रेज़ोनेटर का उपयोग करना और तथाकथित मजबूत युग्मन अवस्था में काम करना है।"

ऑप्टिकल रेज़ोनेटर एक अत्यधिक सममित संरचना है, जो प्रकाश किरणों के कई चक्रों के माध्यम से अपवर्तनांक में होने वाले छोटे से परिवर्तन को चरण परिवर्तन में परिवर्तित कर सकती है। सामान्यतः, इसे तीन अलग-अलग कार्यशील अवस्थाओं में विभाजित किया जा सकता है: "अंडर कपलिंग", "क्रिटिकल कपलिंग" और "स्ट्रॉन्ग कपलिंग"। इनमें से, "अंडर कपलिंग" केवल सीमित चरण मॉड्यूलेशन प्रदान कर सकती है और अनावश्यक आयाम परिवर्तन उत्पन्न करती है, जबकि "क्रिटिकल कपलिंग" पर्याप्त प्रकाशीय हानि का कारण बनती है, जिससे उपकरण के वास्तविक प्रदर्शन पर प्रभाव पड़ता है।

पूर्ण 2π फेज़ मॉड्यूलेशन और न्यूनतम आयाम परिवर्तन प्राप्त करने के लिए, शोध दल ने माइक्रोरिंग को "मजबूत युग्मन" अवस्था में परिवर्तित किया। माइक्रोरिंग और "बस" के बीच युग्मन शक्ति माइक्रोरिंग की हानि से कम से कम दस गुना अधिक है। कई डिज़ाइन और अनुकूलन के बाद, अंतिम संरचना नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है। यह एक अनुनादी वलय है जिसकी चौड़ाई कम होती जाती है। संकरा वेवगाइड भाग "बस" और माइक्रो-कॉइल के बीच प्रकाशीय युग्मन शक्ति को बढ़ाता है। चौड़ा वेवगाइड भाग पार्श्व भित्ति के प्रकाशीय प्रकीर्णन को कम करके माइक्रोरिंग की प्रकाश हानि को कम करता है।

इस शोध पत्र के प्रथम लेखक हेकिंग हुआंग ने कहा, “हमने मात्र 5 माइक्रोमीटर त्रिज्या और मात्र 0.8 मेगावाट की π-चरण मॉड्यूलेशन विद्युत खपत वाला एक लघु, ऊर्जा-बचत करने वाला और अत्यंत कम हानि वाला दृश्य प्रकाश चरण मॉड्यूलेटर डिज़ाइन किया है। इसमें उत्पन्न आयाम भिन्नता 10% से भी कम है। इससे भी दुर्लभ बात यह है कि यह मॉड्यूलेटर दृश्य स्पेक्ट्रम के सबसे कठिन नीले और हरे बैंड के लिए समान रूप से प्रभावी है।”

नानफैंग यू ने यह भी बताया कि हालांकि वे इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के एकीकरण के स्तर तक पहुंचने से अभी बहुत दूर हैं, लेकिन उनके काम ने फोटोनिक स्विच और इलेक्ट्रॉनिक स्विच के बीच के अंतर को काफी हद तक कम कर दिया है। “यदि पिछली मॉड्यूलेटर तकनीक एक निश्चित चिप आकार और बिजली खपत को देखते हुए केवल 100 वेवगाइड फेज मॉड्यूलेटर के एकीकरण की अनुमति देती थी, तो अब हम अधिक जटिल कार्यों को पूरा करने के लिए एक ही चिप पर 10,000 फेज शिफ्टर को एकीकृत कर सकते हैं।”

संक्षेप में, इस डिज़ाइन विधि को इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटरों में लागू करके स्थान और वोल्टेज खपत को कम किया जा सकता है। इसका उपयोग अन्य स्पेक्ट्रल श्रेणियों और विभिन्न प्रकार के रेज़ोनेटर डिज़ाइनों में भी किया जा सकता है। वर्तमान में, शोध दल ऐसे माइक्रोरिंग पर आधारित फेज़ शिफ्टर सरणियों से बने दृश्य स्पेक्ट्रम LIDAR का प्रदर्शन करने के लिए सहयोग कर रहा है। भविष्य में, इसे उन्नत ऑप्टिकल नॉनलाइनैरिटी, नए लेज़र और नए क्वांटम ऑप्टिक्स जैसे कई अनुप्रयोगों में भी लागू किया जा सकता है।

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

चीन की "सिलिकॉन वैली" कहे जाने वाले बीजिंग झोंगगुआनकुन में स्थित बीजिंग रोफिया ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी लिमिटेड, घरेलू और विदेशी अनुसंधान संस्थानों, विश्वविद्यालयों और उद्यमों के वैज्ञानिक अनुसंधान कर्मियों को सेवाएं प्रदान करने के लिए समर्पित एक उच्च-तकनीकी उद्यम है। हमारी कंपनी मुख्य रूप से ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के स्वतंत्र अनुसंधान और विकास, डिजाइन, निर्माण और बिक्री में लगी हुई है, और वैज्ञानिक शोधकर्ताओं और औद्योगिक इंजीनियरों के लिए नवीन समाधान और पेशेवर, व्यक्तिगत सेवाएं प्रदान करती है। वर्षों के स्वतंत्र नवाचार के बाद, इसने फोटोइलेक्ट्रिक उत्पादों की एक समृद्ध और परिपूर्ण श्रृंखला विकसित की है, जिनका व्यापक रूप से नगरपालिका, सैन्य, परिवहन, विद्युत, वित्त, शिक्षा, चिकित्सा और अन्य उद्योगों में उपयोग किया जाता है।

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