Оптическая манипуляция на нано-масштабе, или нанофотоника стала важной областью исследований, а исследователи ищут пути для удовлетворения постоянно растущего спроса на обработку информации и коммуникации. Способность контролировать и манипулировать светом на нанометровом масштабе приведет к многочисленным приложений, включая передачу данных, визуализации, начиная, зондирования, спектроскопии, квантовых и нейронных цепей (думаю лидар — светло-локации-для самоуправляемых автомобилей и быстрее видео-по-запросу, к примеру).
Сегодня, кремния стала предпочтительным интегрированной платформы «фотоника», благодаря своей прозрачности на длинах волн телекоммуникаций, способность к электрооптических и термо-оптической модуляции, и его совместимость с существующими техника полупроводников. Но, в то время как Кремниевая нанофотоника добилась больших успехов в области оптической передачи данных, фазированных антенных решеток, лидар и квантовых и нейронных цепей, существуют две основные проблемы для масштабной интеграции фотоники в этих систем: постоянно растущая необходимость расширения оптического диапазона и их высокое потребление электрической энергии.
Существующие объемного кремния фазовые модуляторы может привести к изменению фазы оптического сигнала, но этот процесс происходит за счет высоких оптических потерь (электрооптической модуляции) или высокое потребление электрической энергии (термо-оптической модуляции). Команда Колумбийского университета, возглавляемая Михал Липсон, Евгений профессор Хиггинс электротехники и профессором прикладной физики в Колумбийском университете машиностроения, объявили, что они обнаружили новый способ контроля фаз света с помощью 2D-материалов — атомарно тонких материалов ? 0.8 нм, или 1/100000 размером с человеческий волос, без изменения его амплитуды, при крайне низкой рассеиваемой электрической мощности.
В этом новом исследовании, опубликованном сегодня природа Фотоника, исследователи показали, что достаточно поместить тонкий материал сверху пассивных кремниевых волноводов, они могут изменять фазу света так сильно, как существующие кремния фазовые модуляторы, но с гораздо более низкой оптически потери и расход энергии.
«Фазовой модуляции в оптической когерентной связи остается проблемой в масштабе, из-за высоких оптических потерь, что было связано с изменением фазового состояния», — говорит Липсон. «Теперь мы нашли материал, который может менять только фазу, предоставляя нам дополнительные возможности для расширения пропускной способности оптических технологий».
Оптические свойства полупроводниковых 2D материалы, такие как дихалькогенидов переходных металлов (Пмдс), как известно, кардинально изменится с бесплатными перевозчик инжекции (легирования) вблизи экситонных резонансов (пиков поглощения). Однако, очень мало известно о влиянии легирования на оптические свойства экрана на длинах волн связи, подальше от этих экситонных резонансов, где материал является прозрачным и поэтому могут быть использованы в фотонных цепей.
Колумбия команда, в которую входили Джеймс Хон, Ван Фонг-Джен профессор машиностроения в Колумбийском университете инженерии, и Дмитрий Басов, профессор физики в университете, исследовали электронно-оптического отклика ТМД за счет интеграции полупроводникового монослоя поверх низкими потерями нитрида кремния оптического резонатора и допинг монослое с использованием ионных жидкостей. Они наблюдали большие изменения фазы с допингом, в то время как оптические потери минимальные изменения в реакции передачи кольцевой полости. Они показали, что допинг-индуцированные изменения фаз относительно изменения поглощения для монослоя экрана находится примерно в 125, что значительно выше, чем наблюдалось в материалы, обычно применяемые для кремниевых фотонных модуляторов в том числе Си и III-V на Си, в то же время одновременно сопровождается незначительным вносимая потеря.
«Мы впервые наблюдали сильное электро-рефракционные изменения в этих тонких монослоев», говорит ведущий автор статьи Ipshita Датта, аспирант с Липсон. «Мы показали чисто оптической фазовой модуляции за счет использования низкие потери нитрида кремния (грех)-ТМД составная платформа волновода, в котором режиме оптического волновода взаимодействует с монослоем. Так что теперь, просто размещая эти монослои на кремниевых волноводов, мы можем изменять фазу на тот же порядок величины, но в 10000 раз меньше диссипации электрической энергии. Это чрезвычайно обнадеживающий для масштабирования фотонных цепей и для слаботочных лидар».
Исследователи продолжают зонд и лучше понять физический механизм для сильного эффекта electrorefractive. Они в настоящее время использование их с малыми потерями и малой мощности фазовые модуляторы для замены традиционных фазового сдвига, и, следовательно, уменьшить расход электроэнергии в крупномасштабных приложений, таких как оптические фазированных антенных решеток, а также нейронных и квантовых цепей.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!