सबसे कम शक्ति वाला सबसे छोटा दृश्यमान प्रकाश चरण मॉड्यूलेटर पैदा हुआ है

हाल के वर्षों में, विभिन्न देशों के शोधकर्ताओं ने अवरक्त प्रकाश तरंगों के हेरफेर को क्रमिक रूप से महसूस करने और उन्हें उच्च गति वाले 5G नेटवर्क, चिप सेंसर और स्वायत्त वाहनों पर लागू करने के लिए एकीकृत फोटोनिक्स का उपयोग किया है। वर्तमान में, इस अनुसंधान दिशा के निरंतर गहन होने के साथ, शोधकर्ताओं ने छोटे दृश्यमान प्रकाश बैंडों का गहराई से पता लगाना शुरू कर दिया है और चिप-स्तरीय LIDAR, AR/VR/MR (उन्नत/आभासी/) जैसे अधिक व्यापक अनुप्रयोग विकसित करना शुरू कर दिया है। हाइब्रिड) वास्तविकता) चश्मा, होलोग्राफिक डिस्प्ले, क्वांटम प्रोसेसिंग चिप्स, मस्तिष्क में प्रत्यारोपित ऑप्टोजेनेटिक जांच आदि।

ऑप्टिकल चरण मॉड्यूलेटर का बड़े पैमाने पर एकीकरण ऑन-चिप ऑप्टिकल रूटिंग और फ्री-स्पेस वेवफ्रंट शेपिंग के लिए ऑप्टिकल सबसिस्टम का मूल है। ये दो प्राथमिक कार्य विभिन्न अनुप्रयोगों की प्राप्ति के लिए आवश्यक हैं। हालाँकि, दृश्य प्रकाश रेंज में ऑप्टिकल चरण मॉड्यूलेटर के लिए, एक ही समय में उच्च संप्रेषण और उच्च मॉड्यूलेशन की आवश्यकताओं को पूरा करना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है। इस आवश्यकता को पूरा करने के लिए, यहां तक ​​कि सबसे उपयुक्त सिलिकॉन नाइट्राइड और लिथियम नाइओबेट सामग्री को भी मात्रा और बिजली की खपत बढ़ाने की आवश्यकता है।

इस समस्या को हल करने के लिए, कोलंबिया विश्वविद्यालय के माइकल लिप्सन और नानफैंग यू ने एडियाबेटिक माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर पर आधारित एक सिलिकॉन नाइट्राइड थर्मो-ऑप्टिक चरण मॉड्यूलेटर डिजाइन किया। उन्होंने साबित किया कि माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर एक मजबूत युग्मन स्थिति में काम करता है। डिवाइस न्यूनतम हानि के साथ चरण मॉड्यूलेशन प्राप्त कर सकता है। सामान्य वेवगाइड चरण मॉड्यूलेटर की तुलना में, डिवाइस में कम से कम अंतरिक्ष और बिजली की खपत में कमी का क्रम होता है। संबंधित सामग्री नेचर फोटोनिक्स में प्रकाशित की गई 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 स्थिति में काम करना है।"

ऑप्टिकल रेज़ोनेटर एक अत्यधिक सममित संरचना है, जो प्रकाश किरणों के कई चक्रों के माध्यम से एक छोटे अपवर्तक सूचकांक परिवर्तन को चरण परिवर्तन में परिवर्तित कर सकता है। आम तौर पर, इसे तीन अलग-अलग कार्यशील अवस्थाओं में विभाजित किया जा सकता है: "युग्मन के अंतर्गत" और "युग्मन के अंतर्गत।" क्रिटिकल कपलिंग" और "मजबूत कपलिंग।" उनमें से, "अंडर कपलिंग" केवल सीमित चरण मॉड्यूलेशन प्रदान कर सकता है और अनावश्यक आयाम परिवर्तन पेश करेगा, और "क्रिटिकल कपलिंग" पर्याप्त ऑप्टिकल नुकसान का कारण बनेगा, जिससे डिवाइस का वास्तविक प्रदर्शन प्रभावित होगा।

पूर्ण 2π चरण मॉड्यूलेशन और न्यूनतम आयाम परिवर्तन प्राप्त करने के लिए, अनुसंधान टीम ने "मजबूत युग्मन" स्थिति में माइक्रोरिंग में हेरफेर किया। माइक्रोरिंग और "बस" के बीच युग्मन शक्ति माइक्रोरिंग के नुकसान से कम से कम दस गुना अधिक है। डिज़ाइन और अनुकूलन की एक श्रृंखला के बाद, अंतिम संरचना नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है। यह पतली चौड़ाई वाला एक गुंजयमान वलय है। संकीर्ण वेवगाइड भाग "बस" और माइक्रो-कॉइल के बीच ऑप्टिकल युग्मन शक्ति में सुधार करता है। विस्तृत वेवगाइड भाग, साइडवॉल के ऑप्टिकल बिखरने को कम करके माइक्रोरिंग की प्रकाश हानि को कम करता है।

पेपर के पहले लेखक हेक्विंग हुआंग ने यह भी कहा: "हमने केवल 5 माइक्रोन की त्रिज्या और केवल π-चरण मॉड्यूलेशन बिजली की खपत के साथ एक लघु, ऊर्जा-बचत और बेहद कम हानि वाले दृश्य प्रकाश चरण मॉड्यूलेटर को डिजाइन किया है।" 0.8 मेगावाट. प्रस्तुत आयाम भिन्नता 10% से कम है। जो दुर्लभ है वह यह है कि यह मॉड्यूलेटर दृश्यमान स्पेक्ट्रम में 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 बहुत दूर हैं, लेकिन उनके काम ने फोटोनिक स्विच और इलेक्ट्रॉनिक स्विच के बीच अंतर को नाटकीय रूप से कम कर दिया है। "यदि पिछली मॉड्यूलेटर तकनीक केवल एक निश्चित चिप फ़ुटप्रिंट और पावर बजट को देखते हुए 100 वेवगाइड चरण मॉड्यूलेटर के एकीकरण की अनुमति देती है, तो अब हम अधिक जटिल फ़ंक्शन प्राप्त करने के लिए एक ही चिप पर 10,000 चरण शिफ्टर्स को एकीकृत कर सकते हैं।"

संक्षेप में, इस डिज़ाइन पद्धति को इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर पर लागू किया जा सकता है ताकि व्याप्त स्थान और वोल्टेज की खपत को कम किया जा सके। इसका उपयोग अन्य वर्णक्रमीय श्रेणियों और अन्य विभिन्न अनुनादक डिज़ाइनों में भी किया जा सकता है। वर्तमान में, अनुसंधान टीम ऐसे माइक्रोरिंग्स के आधार पर चरण शिफ्टर सरणियों से बने दृश्यमान स्पेक्ट्रम LIDAR को प्रदर्शित करने के लिए सहयोग कर रही है। भविष्य में, इसे कई अनुप्रयोगों जैसे उन्नत ऑप्टिकल नॉनलाइनरिटी, नए लेजर और नए क्वांटम ऑप्टिक्स पर भी लागू किया जा सकता है।

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

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