Á undanförnum árum hafa vísindamenn frá ýmsum löndum notað samþætta ljósfræði til að framkvæma smám saman stjórnun innrauðra ljósbylgna og beita þeim á háhraða 5G net, örgjörvaskynjara og sjálfkeyrandi ökutæki. Nú á dögum, með sífelldri dýpkun þessarar rannsóknarstefnu, hafa vísindamenn hafið ítarlega greiningu á styttri sýnilegum ljósböndum og þróað víðtækari notkunarmöguleika, svo sem LIDAR á örgjörvastigi, AR/VR/MR (enhanced/virtual/hybrid) veruleikagleraugu, holografíska skjái, skammtavinnsluflögur, ljósfræðilegar rannsakendur græddir í heilann o.s.frv.
Stórfelld samþætting ljósfasastýringa er kjarninn í ljósfræðilegu undirkerfi fyrir ljósleiðsögn á örgjörva og mótun frírýmisbylgjufronta. Þessir tveir aðalhlutverkir eru nauðsynlegir til að framkvæma ýmsa notkunarmöguleika. Hins vegar, fyrir ljósfasastýringar á sviði sýnilegs ljóss, er sérstaklega krefjandi að uppfylla kröfur um mikla gegndræpi og mikla mótun á sama tíma. Til að uppfylla þessa kröfu þurfa jafnvel hentugustu kísillnítríð og litíumníóbat efnin að auka rúmmál og orkunotkun.
Til að leysa þetta vandamál hönnuðu Michal Lipson og Nanfang Yu við Columbia-háskóla hitaleiðandi fasastýrara úr kísilnítríði sem byggir á örhringlaga ómskoðun. Þeir sönnuðu að örhringlaga ómskoðunin starfar í sterku tengiástandi. Tækið getur náð fasastýringu með lágmarks tapi. Í samanburði við venjulega bylgjuleiðarafasastýrara hefur tækið að minnsta kosti umtalsverða minnkun á plássi og orkunotkun. Tengt efni hefur verið birt í Nature Photonics.
Michal Lipson, leiðandi sérfræðingur á sviði samþættrar ljósfræði, byggðrar á kísilnítríði, sagði: „Lykillinn að lausn okkar er að nota ljósleiðara og starfa í svokölluðu sterku tengiástandi.“
Ljósómarinn er mjög samhverfur uppbygging sem getur breytt lítilli breytingu á ljósbrotsstuðli í fasabreytingu með mörgum hringrásum ljósgeisla. Almennt má skipta honum í þrjú mismunandi rekstrarstig: „undirtenging“ og „undirtenging“, „gagnrýnin tenging“ og „sterk tenging“. Meðal þeirra getur „undirtenging“ aðeins veitt takmarkaða fasamótun og mun valda óþarfa sveifluvíddarbreytingum, og „gagnrýnin tenging“ mun valda verulegu ljóstapi og þar með hafa áhrif á raunverulega afköst tækisins.
Til að ná fullkominni 2π fasa mótun og lágmarks sveifluvíddarbreytingu, meðhöndlaði rannsóknarteymið örhringinn í „sterku tengi“-ástandi. Tengistyrkurinn milli örhringsins og „strætó“ er að minnsta kosti tífalt meiri en tapið í örhringnum. Eftir röð hönnunar og bestun er lokauppbyggingin sýnd á myndinni hér að neðan. Þetta er ómhringur með keilulaga breidd. Mjói bylgjuleiðarhlutinn bætir ljósleiðaratengistyrkinn milli „strætó“ og örspólu. Breiða bylgjuleiðarhlutinn. Ljóstap örhringsins er dregið úr með því að draga úr ljósdreifingu hliðarveggsins.
Heqing Huang, fyrsti höfundur greinarinnar, sagði einnig: „Við höfum hannað smækkaðan, orkusparandi og afar taplítinn fasamótara fyrir sýnilegt ljós með radíus aðeins 5 μm og orkunotkun π-fasa mótunar aðeins 0,8 mW. Breytingin á sveifluvídd er minni en 10%. Það sem er sjaldgæfara er að þessi mótari er jafn áhrifaríkur fyrir erfiðustu bláu og grænu böndin í sýnilega litrófinu.“
Nanfang Yu benti einnig á að þótt þeir séu langt frá því að ná samþættingarstigi rafeindavara, þá hefur vinna þeirra minnkað bilið á milli ljósfræðilegra rofa og rafrænna rofa verulega. „Ef fyrri mótunartækni leyfði aðeins samþættingu 100 bylgjuleiðara fasamótara miðað við ákveðið örgjörvafótspor og orkusparnað, þá getum við nú samþætt 10.000 fasaskiptira á sama örgjörva til að ná fram flóknari virkni.“
Í stuttu máli má beita þessari hönnunaraðferð á raf-ljósfræðilega mótara til að draga úr rými og spennunotkun. Hana má einnig nota í öðrum litrófssviðum og öðrum mismunandi hönnunum ómsveigjanlegra hreyfla. Eins og er vinnur rannsóknarteymið að því að sýna fram á LIDAR með sýnilegu litrófi sem samanstendur af fasaskiptarfylkjum byggðum á slíkum örhringjum. Í framtíðinni má einnig beita henni í mörg forrit eins og bættri ljósfræðilegri ólínuleika, nýjum leysigeislum og nýrri skammtafræði.
Heimild greinarinnar: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., staðsett í kínverska „Silicon Valley“ – Beijing Zhongguancun, er hátæknifyrirtæki sem helgar sig þjónustu við innlendar og erlendar rannsóknarstofnanir, rannsóknarstofnanir, háskóla og starfsfólk vísindarannsókna fyrirtækja. Fyrirtækið okkar stundar aðallega sjálfstæðar rannsóknir og þróun, hönnun, framleiðslu og sölu á ljósfræðilegum rafeindabúnaði og veitir nýstárlegar lausnir og faglega, persónulega þjónustu fyrir vísindamenn og iðnaðarverkfræðinga. Eftir ára sjálfstæða nýsköpun hefur það myndað ríka og fullkomna línu af ljósrafbúnaði sem er mikið notaður í sveitarfélögum, hernaði, samgöngum, raforku, fjármálum, menntun, læknisfræði og öðrum atvinnugreinum.
Við hlökkum til samstarfs við þig!
Birtingartími: 29. mars 2023