Näkyvän valon modulointi sirutasolle

30.11.2021

Columbia-nakyvan-valon-modulointi-2-250-t.jpgNäkyvän spektrin vaihemodulaattorin ympyrärakenteen säde on 10 mikronia. Kuvassa vertailukohteena perhosen siiven suomu.

Suurempi kuva

Viime vuosikymmeninä tutkijat ovat siirtyneet sähkövirtojen käyttämisestä lähi-infrapuna-alueen valoaaltojen manipulointiin tietoliikennesovelluksissa, biosensoreissa sekä kuljettamattomissa autoissa.

Nyt tutkitaan lyhyempää eli näkyvää aallonpituusaluetta monenlaisia uusia sovelluksia ajatellen. Näitä olisivat sirutason valontunnistus ja LIDAR- etäisyysmittaus, AR/VR/MR-lasit, holografiset näytöt, kvanttitiedonkäsittelyn sirut sekä implantoitavat optogeneettiset anturit aivoihin. Näille sovelluksille yksi kriittinen piirirakenne on optinen vaihemodulaattori.

Mutta näkyvän spektrin vaihemodulaattoreita on erittäin vaikea valmistaa: ei ole olemassa materiaaleja, jotka ovat riittävän läpinäkyviä näkyvässä spektrissä ja tarjoaisivat samalla suuren viritettävyyden.

Nyt Columbia Engineeringin tutkijat ilmoittivat löytäneensä ratkaisun tähän ongelmaan – he ovat kehittäneet mikrorengasresonaattoreihin perustuvan tavan vähentää dramaattisesti näkyvän spektrin vaihemodulaattorin kokoa ja virrankulutusta yhdestä millimetristä 10 mikroniin ja kymmenistä milliwateista π-vaihevirityksen osalta alle yhteen milliwattiin.

Tutkijoiden Nanfang Yun ja Michal Lipsonin kehittämän ratkaisun avain oli käyttää optista resonaattoria ja käyttää sitä niin sanotussa "vahvasti ylikytketyllä" tavalla.

Optiset resonaattorit voivat toimia useissa eri olosuhteissa. Jos toimii esimerkiksi "alikytketyssä" tai "kriittisessä kytkennässä", resonaattori tarjoaa vain rajoitetun vaihemodulaation ja mikä ongelmallisempaa, aiheuttaa suuren amplitudivaihtelun optiseen signaaliin.

Täydellisen 2π-vaihevirityksen ja minimaalisen amplitudivaihtelun saavuttamiseksi Yu-Lipson-tiimi päätti käyttää mikrorengasta "vahvasti ylikytketyssä" tilassa, jossa mikrorenkaan ja "väylän" välinen kytkentävoimakkuus renkaaseen valoa syöttävä aaltoputkissa on vähintään 10 kertaa vahvempi kuin mikrorenkaan häviö.

Keskeisin kehitysidea oli keksintö adiabaattisesta mikrorengasgeometriasta, jossa rengas siirtyy sujuvasti kapeaan kaulan ja leveän vatsan välillä, jotka ovat renkaan vastakkaisilla reunoilla. Renkaan kapea kaula helpottaa valon vaihtoa väylän aaltoputken ja mikrorenkaan välillä, mikä parantaa kytkentävahvuutta. Renkaan leveä vatsa vähentää optista häviötä, koska ohjattu valo on vuorovaikutuksessa vain adiabaattisen mikrorenkaan laajennetun osan ulkosivuseinän kanssa, mikä vähentää olennaisesti optista sirontaa sivuseinän karheudessa.

Tutkijat huomauttavat, että vaikka he eivät ole lähelläkään elektroniikan integrointiastetta, heidän työnsä pienentää fotonisten ja elektronisten kytkimien välistä kuilua huomattavasti. "Jos aiemmat modulaattoritekniikat mahdollistavat vain 100 aaltoputkivaihemodulaattorin integroinnin tietyllä sirunalalla ja tehobudjetilla, nyt voimme tehdä sen 100 kertaa paremmin ja integroida 10 000 vaihesiirrintä sirulle toteuttaaksemme paljon kehittyneempiä toimintoja", sanoo Nanfang Yu yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Fotonioperaatiot sopivat yhä paremmin sirulle

Valon ohjelmointia sirulla

23.11.2023Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja
22.11.2023Veden ja ilman välinen akustinen viestintä
21.11.2023Uusia kubittiratkaisuja
20.11.2023Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla
18.11.2023Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon
17.11.2023Parempaa energiatehokkuutta tietojenkäsittelyyn
16.11.2023Kommunikointia tyhjyyden kanssa
15.11.2023Metamolekyylisen metamateriaalin valmistus
14.11.2023Läpi ahtaankin raon
13.11.2023Outo magneettinen materiaali voi tehdä laskennasta energiatehokasta
11.11.2023Sähköä molekyylien ja ionien tasolta
11.11.2023Neuroverkkoja optisesti ja kvanttihybridinä
09.11.2023Viisi kerrosta grafeenia
08.11.2023Lämmönsiirron hallintaa transistorilla
07.11.2023Metamateriaali yhdistää katkenneet hermot
06.11.2023Valoa valolla ohjaten
04.11.2023Hiilidioksidia polttoaineeksi tehokkaasti
03.11.20233D-tulostustekniikkaa kvanttiantureille
03.11.2023Magnetismia ei-magneettisissa materiaaleissa
02.11.2023Energiatehokas tekoälysiru
01.11.2023Ferrosähköisyyttä piin kanssa ja yhdellä alkuaineella
31.10.2023Magneettisten aaltojen hallinta suprajohteilla
30.10.2023Vakautta ja tehokkuutta perovskiittiaurinkokennoille
28.10.20233D-tulostettu reaktorisydän aurinkopolttoaineille
27.10.2023Tekoälyä kolmiulotteisella datalla
26.10.2023Kvantti-ilmiön sähköinen ohjaus
25.10.2023Verkkoliitäntä kvanttitietokoneille ja radiospektrin kattava ilmaisin
24.10.2023Fotonikiteet taivuttavat valoa aivan kuin painovoima
23.10.2023Nanorakenteet tehostavat litium-rikki akkuja
21.10.2023Vetyä tankaten
20.10.2023Harppaus hiilinanoputkia pidemmälle
19.10.2023Suprajohtava niobium-aaltoputki
19.10.2023Ruoste ja topologia tehostavat magnetismia
17.10.2023Virheiden osoittaminen tehostaa kvanttilaskentaa
16.10.2023Pyrosähköä viruksista
16.10.2023Uusi kubittialusta luodaan atomi kerrallaan
12.10.2023Kvasikiteitä ja ultralaajakaistaista kuvausta
11.10.2023Kontakteja ja seostusta grafeeninanonauhoihin
10.10.2023Magneettinen heterorakenne nopeuttaa tietotekniikkaa
09.10.2023Mullistava väriteknologia ja aurinkoenergia
06.10.2023Timanteista kvanttisimulaattoreita
05.10.2023Kultaa ja perovskiittiä
04.10.2023Tehokkaampaa koulutusta tekoälylle
03.10.2023Lämpötilakuvausta aineen sisältä
02.10.2023Femtosekunnin laseri lasista
29.09.2023Tavoitteena parempia kubitteja
28.09.2023Suola ja kulta tuottavat sähköä
27.09.2023Laaksotroniikka lämpenee
26.09.2023Tekoälyä monisensorisella integroidulla neuronilla
25.09.2023Magneetteja huonelämpöiseen kvanttilaskentaan
23.09.2023Lupaavia vedyn tuotannon tapoja
23.09.2023Kvanttipotentiaalin vapauttaminen monipuolisilla kvanttitiloilla
21.09.2023Terahertsiaaltoja helpommin
20.09.2023Espoosta voi ostaa kvanttitietokoneen
19.09.2023Kvanttianturien tarkkuutta voi edelleen parantaa
18.09.2023Kaksiulotteisia fettejä piikiekolle
16.09.2023Grafeenia, vihreää energiaa ja materiaaleja
15.09.2023Infrapunavaloa kvanttipisteistä
14.09.2023Kohti täydellisiä optisia resonaattoreita
13.09.2023Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää
12.09.2023Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille
11.09.2023Atomisen tarkkoja antikvanttipisteitä
08.09.2023Outo metalli on nyt vähemmän outo
07.09.2023Yhtä aikaa analoginen ja digitaalinen
06.09.2023Fotoni kuljettaa ja koodaa kvantti-informaatiota
05.09.2023Parempi kyberturvallisuus uudella materiaalilla
04.09.2023Miten valo toimii? Kysy mekaanikolta
01.09.2023Spinin kytkentää kvanttimateriaalissa huonelämpötilassa
31.08.2023Kuditit antavat välähdyksen kvanttitulevaisuudesta
30.08.2023Ledejä piirtäen ja vaihtoehto orgaanisille ledeille
29.08.2023Ioniansoja, fermionprosessori ja kvanttihybridimekaniikkaa
28.08.2023Grafeenin ominaisuuksia grafiittiin
26.08.2023Tehokas fotoreaktori ja kestävä polttokennoarkkitehtuuri
25.08.2023Pienenergian keruuta grafeenin värähtelystä
24.08.2023Valoa magneetin sisään
23.08.2023Hiilipohjaista kvanttitekniikkaa
22.08.2023Kohti vikasietoisia kubitteja
21.08.2023Kaksiulotteinen aaltojohde valolle
19.08.2023Aurinkokenno toimii kuin kasvin lehti
18.08.2023Seuraava askel neuromorfista laskentaa
17.08.2023Suprajohteita vaikka atomi kerrallaan
16.08.2023Nanoledejä ja kvanttivalosauvoja
15.08.2023Q-piin löytö tuo lisäpotkua kvanttilaskennalle
14.08.2023Ferrosähkömateriaali voisi antaa roboteille lihakset
12.08.2023Anturointia solujen tasolla
11.08.2023Tutka tehostuu kvanttisesti ja interferenssillä
10.08.2023Kesän aikana käännettyä
09.08.2023Uudenlaiset anioneja johtavat kalvot elektrolyysille
08.08.2023Eeroq ja 2000 kubitin prosessori
07.08.2023Datansiirtoa useilla valon väreillä yhdellä laserilla
05.08.2023Lämpöavusteinen havaitseminen eli HADAR
05.08.2023Langatonta energiansiirtoa etäämmälle
03.08.2023Atomikubitteja ja sukkuloivia ioneja
02.08.2023Ferrosähköinen transistori muistaa ja laskee
01.08.2023Muistissa toimivaa langatonta laskentaa
26.07.2023Mikroaaltoisolaattori vaikkapa kvanttitietokoneille
21.07.2023Transistoreita uusille piiriarkkitehtuureille
14.07.2023Askel kohti mekaanisten kubittien toteuttamista
07.07.2023Tehokkaampaa värähtelyenergian talteenottoa
01.07.2023Kvanttitekniikkaa matkapuhelinten salaukseen

Näytä lisää »