Katika miaka ya hivi karibuni, watafiti kutoka nchi mbalimbali wametumia fotoniki zilizojumuishwa ili kutambua kwa mfululizo ujanjaji wa mawimbi ya mwanga wa infrared na kuyatumia kwenye mitandao ya kasi ya 5G, vitambuzi vya chipu, na magari yanayojiendesha. Kwa sasa, kwa kuongezeka kwa kina kwa mwelekeo huu wa utafiti, watafiti wameanza kufanya ugunduzi wa kina wa bendi fupi za mwanga zinazoonekana na kuendeleza matumizi mapana zaidi, kama vile miwani ya kiwango cha chipu ya LIDAR, AR/VR/MR (iliyoimarishwa/peperushi/mseto) Reality), maonyesho ya holographic, chipu za usindikaji wa quantum, probe za optogenetic zilizopandikizwa kwenye ubongo, n.k.
Ujumuishaji mkubwa wa vidhibiti vya awamu ya macho ndio msingi wa mfumo mdogo wa macho kwa ajili ya uelekezaji wa macho kwenye chipu na uundaji wa wimbi la nafasi huria. Kazi hizi mbili za msingi ni muhimu kwa utekelezaji wa matumizi mbalimbali. Hata hivyo, kwa vidhibiti vya awamu ya macho katika masafa ya mwanga unaoonekana, ni changamoto hasa kukidhi mahitaji ya upitishaji wa juu na moduli ya juu kwa wakati mmoja. Ili kukidhi hitaji hili, hata nyenzo zinazofaa zaidi za nitridi ya silikoni na niobate ya lithiamu zinahitaji kuongeza ujazo na matumizi ya nguvu.
Ili kutatua tatizo hili, Michal Lipson na Nanfang Yu wa Chuo Kikuu cha Columbia walibuni kidhibiti cha awamu ya thermo-optic cha nitridi ya silikoni kulingana na kidhibiti cha pete ndogo ya adiabatic. Walithibitisha kwamba kidhibiti cha pete ndogo hufanya kazi katika hali imara ya kuunganisha. Kifaa kinaweza kufikia urekebishaji wa awamu kwa hasara ndogo. Ikilinganishwa na vidhibiti vya kawaida vya awamu ya mwongozo wa mawimbi, kifaa kina angalau mpangilio wa upunguzaji wa ukubwa katika nafasi na matumizi ya nguvu. Maudhui yanayohusiana yamechapishwa katika Nature Photonics.
Michal Lipson, mtaalamu anayeongoza katika uwanja wa fotoniki jumuishi, kulingana na nitridi ya silicon, alisema: "Ufunguo wa suluhisho letu lililopendekezwa ni kutumia resonator ya macho na kufanya kazi katika hali inayoitwa ya kuunganisha kwa nguvu."
Resonator ya macho ni muundo wenye ulinganifu sana, ambao unaweza kubadilisha mabadiliko madogo ya faharasa ya kuakisi kuwa mabadiliko ya awamu kupitia mizunguko mingi ya miale ya mwanga. Kwa ujumla, inaweza kugawanywa katika hali tatu tofauti za kufanya kazi: "chini ya kiunganishi" na "chini ya kiunganishi." Kiunganishi muhimu" na "kiunganishi chenye nguvu." Miongoni mwao, "chini ya kiunganishi" kinaweza kutoa moduli ndogo ya awamu na kitaleta mabadiliko yasiyo ya lazima ya amplitude, na "kiunganishi muhimu" kitasababisha hasara kubwa ya macho, na hivyo kuathiri utendaji halisi wa kifaa.
Ili kufikia urekebishaji kamili wa awamu ya 2π na mabadiliko madogo ya ukubwa, timu ya utafiti ilibadilisha kipaza sauti katika hali ya "uunganishaji imara". Nguvu ya uunganishaji kati ya kipaza sauti na "basi" ni angalau mara kumi zaidi kuliko upotevu wa kipaza sauti. Baada ya mfululizo wa miundo na uboreshaji, muundo wa mwisho unaonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini. Huu ni pete yenye mwangwi yenye upana uliopunguzwa. Sehemu nyembamba ya mwongozo wa mawimbi huboresha nguvu ya uunganishaji wa macho kati ya "basi" na koili ndogo. Sehemu pana ya mwongozo wa mawimbi Upotevu wa mwanga wa kipaza sauti hupunguzwa kwa kupunguza kutawanyika kwa macho kwa ukuta wa pembeni.
Heqing Huang, mwandishi wa kwanza wa karatasi hiyo, pia alisema: "Tumebuni kidhibiti kidogo cha awamu ya mwanga kinachoonekana, kinachookoa nishati, na chenye upotevu mdogo sana chenye radius ya μm 5 pekee na matumizi ya nguvu ya moduli ya awamu ya π ya 0.8 mW pekee. Tofauti ya amplitude iliyoanzishwa ni chini ya 10%. Kinachoonekana mara chache ni kwamba kidhibiti hiki kinafaa sawa kwa bendi ngumu zaidi za bluu na kijani katika wigo unaoonekana."
Nanfang Yu pia alisema kwamba ingawa wako mbali na kufikia kiwango cha ujumuishaji wa bidhaa za kielektroniki, kazi yao imepunguza sana pengo kati ya swichi za fotoniki na swichi za kielektroniki. "Ikiwa teknolojia ya modulator ya awali iliruhusu tu ujumuishaji wa modulator 100 za awamu ya mwongozo wa mawimbi kutokana na alama fulani ya chipu na bajeti ya nguvu, basi sasa tunaweza kuunganisha vibadilishaji 10,000 vya awamu kwenye chipu moja ili kufikia Kazi ngumu zaidi."
Kwa kifupi, mbinu hii ya usanifu inaweza kutumika kwa vidhibiti vya elektroni-optiki ili kupunguza nafasi inayotumika na matumizi ya volteji. Inaweza pia kutumika katika safu zingine za spektrali na miundo mingine tofauti ya resonator. Kwa sasa, timu ya utafiti inashirikiana kuonyesha wigo unaoonekana wa LIDAR unaoundwa na safu za kibadilisha awamu kulingana na mikrorini hizo. Katika siku zijazo, inaweza pia kutumika kwa matumizi mengi kama vile kutokuwa na mstari wa macho ulioimarishwa, leza mpya, na optiki mpya za quantum.
Chanzo cha makala: https://mp.weixin.qq.com/s/O6iHstkMBPQKDOV4CoukXA
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. iliyoko katika "Silicon Valley" ya China - Beijing Zhongguancun, ni biashara ya teknolojia ya hali ya juu iliyojitolea kuhudumia taasisi za utafiti wa ndani na nje, taasisi za utafiti, vyuo vikuu na wafanyakazi wa utafiti wa kisayansi wa biashara. Kampuni yetu inajihusisha zaidi na utafiti na maendeleo huru, usanifu, utengenezaji, uuzaji wa bidhaa za optoelectronic, na hutoa suluhisho bunifu na huduma za kitaalamu, za kibinafsi kwa watafiti wa kisayansi na wahandisi wa viwanda. Baada ya miaka mingi ya uvumbuzi huru, imeunda mfululizo mzuri na kamili wa bidhaa za photoelectric, ambazo hutumika sana katika manispaa, kijeshi, usafiri, umeme, fedha, elimu, matibabu na viwanda vingine.
Tunatarajia ushirikiano nanyi!
Muda wa chapisho: Machi-29-2023