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

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

ऑप्टिकल फेज 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। हालांकि, दृश्यमान प्रकाश रेंज में ऑप्टिकल फेज 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 नियोबेट सामग्री को भी वॉल्यूम 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 डिज़ाइन किया। उन्होंने साबित किया कि माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर एक मजबूत युग्मन अवस्था में काम करता है। डिवाइस न्यूनतम हानि के साथ चरण मॉड्यूलेशन प्राप्त कर सकता है। साधारण वेवगाइड चरण मॉड्यूलेटर की तुलना में, डिवाइस में कम से कम एक क्रम की मात्रा में स्थान और बिजली की खपत में कमी होती है। संबंधित सामग्री नेचर फोटोनिक्स में प्रकाशित हुई है।

सिलिकॉन नाइट्राइड पर आधारित एकीकृत फोटोनिक्स के क्षेत्र में अग्रणी विशेषज्ञ मिशल 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 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: "अंडर कपलिंग" और "अंडर कपलिंग।" क्रिटिकल कपलिंग" और "स्ट्रॉन्ग कपलिंग।" उनमें से, "अंडर कपलिंग" केवल सीमित चरण मॉड्यूलेशन प्रदान कर सकता है और अनावश्यक आयाम परिवर्तन पेश करेगा, और "क्रिटिकल कपलिंग" पर्याप्त ऑप्टिकल हानि का कारण बनेगा, जिससे डिवाइस के वास्तविक प्रदर्शन पर असर पड़ेगा।

पूर्ण 2π चरण मॉड्यूलेशन और न्यूनतम आयाम परिवर्तन प्राप्त करने के लिए, अनुसंधान दल ने माइक्रोरिंग को "मजबूत युग्मन" स्थिति में हेरफेर किया। माइक्रोरिंग और "बस" के बीच युग्मन शक्ति माइक्रोरिंग के नुकसान 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 पतला चौड़ाई वाला अनुनाद वलय है। संकीर्ण वेवगाइड भाग "बस" और माइक्रो-कॉइल के बीच ऑप्टिकल युग्मन शक्ति में सुधार करता है। चौड़ा वेवगाइड भाग साइडवॉल के ऑप्टिकल बिखराव को कम करके माइक्रोरिंग का प्रकाश नुकसान कम करता है।

पेपर के पहले लेखक हेकिंग हुआंग ने यह भी कहा: "हमने एक छोटा, ऊर्जा-बचत करने वाला और बेहद कम नुकसान वाला दृश्यमान प्रकाश चरण मॉड्यूलेटर डिज़ाइन किया है, जिसकी त्रिज्या केवल 5 μm है और π-चरण मॉड्यूलेशन बिजली खपत केवल 0.8 mW है। पेश किया गया आयाम भिन्नता 10% से कम है। दुर्लभ बात 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 पहुँचने से बहुत दूर हैं, लेकिन उनके काम ने फोटोनिक स्विच और इलेक्ट्रॉनिक स्विच के बीच के अंतर को नाटकीय रूप से कम कर दिया है। "यदि पिछली मॉड्यूलेटर तकनीक ने एक निश्चित चिप फ़ुटप्रिंट और पावर बजट दिए जाने पर केवल 100 वेवगाइड फ़ेज़ मॉड्यूलेटर के एकीकरण की अनुमति दी थी, तो अब हम अधिक जटिल फ़ंक्शन को प्राप्त करने के लिए एक ही चिप पर 10,000 फ़ेज़ शिफ्टर्स को एकीकृत कर सकते हैं।"

संक्षेप में, इस डिजाइन विधि को इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर पर लागू किया जा सकता है ताकि कब्जे वाले स्थान और वोल्टेज की खपत को कम किया जा सके। इसका उपयोग अन्य स्पेक्ट्रल रेंज और अन्य विभिन्न अनुनाद डिजाइनों में भी किया जा सकता है। वर्तमान में, शोध दल ऐसे माइक्रोरिंग के आधार पर चरण शिफ्टर सरणियों से बने दृश्यमान स्पेक्ट्रम LIDAR को प्रदर्शित करने के लिए सहयोग कर रहा है। भविष्य में, इसे कई अनुप्रयोगों जैसे कि बढ़ी हुई ऑप्टिकल नॉनलाइनरिटी, नए लेजर और नए क्वांटम ऑप्टिक्स पर भी लागू किया जा सकता है।

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

चीन की "सिलिकॉन वैली" - बीजिंग झोंगगुआनचुन में स्थित बीजिंग रोफिया ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स कंपनी लिमिटेड, घरेलू और विदेशी शोध संस्थानों, शोध संस्थानों, विश्वविद्यालयों और उद्यम वैज्ञानिक अनुसंधान कर्मियों की सेवा के लिए समर्पित एक उच्च तकनीक उद्यम है। हमारी कंपनी मुख्य रूप से ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के स्वतंत्र अनुसंधान और विकास, डिजाइन, विनिर्माण, बिक्री में लगी हुई है, और वैज्ञानिक शोधकर्ताओं और औद्योगिक इंजीनियरों के लिए अभिनव समाधान और पेशेवर, व्यक्तिगत सेवाएं प्रदान करती है। स्वतंत्र नवाचार के वर्षों के बाद, इसने फोटोइलेक्ट्रिक उत्पादों की एक समृद्ध और परिपूर्ण श्रृंखला बनाई है, जिसका व्यापक रूप से नगरपालिका, सैन्य, परिवहन, बिजली, वित्त, शिक्षा, चिकित्सा और अन्य उद्योगों में उपयोग किया जाता है।

हम आपके साथ सहयोग के लिए तत्पर हैं!