Kombinace integrovaných fotonických čipů a metapovrchů září do budoucnosti …
Penn State University nedávno oznámila průlom v technologii řízení světla na úrovni obvodů a vytvořila pohodlnější rozhraní mezi šířením vln v prázdném prostoru a řízeným vlnovodem. Výzkum publikovaný v Science Advances popisuje působivé úspěchy. začleněním světla z prázdného prostoru do vlnovodu. Dříve bylo obtížné úspěšně kombinovat vlnovodové světlo v prázdném prostoru (kvůli omezenému řízení fáze). Vědci vyvinuli hybridní architekturu, ve které se na povrch ukládají metaatomy o velikosti vlnové délky. vlnovod umožňující integraci funkcí specifických pro aplikaci na základě světla na úrovni čipu.
Důležitost zúženého řízeného světla
Numericky a experimentálně vyvinutý výzkumný tým úspěšně demonstroval odklon paprsku mimo čip a meta-povrchově řízené zaostření světla. Pro vedení paprsku byla vyvinuta zkušební nastavení, jak je uvedeno níže.
Zaostřovací paprsek mimo směr a diagram směru. Obrázek s laskavým svolením Science Advances
K zaostření paprsku vědci použili laserem čerpaný optický parametrický oscilátor, který spojuje režim signálu kuželové čočky s vláknem a odtud do prázdného prostoru.Metasurfaces nabízí rozhraní optické vazby s vestavěným filtrováním a poskytuje převod. Doplňkové studie obousměrné mezi vlnovou čárou volného pole a přenosem v jednom režimu (TE00) ukázaly, jak vědci testovali antény kovových nanodů, které vyvinuli, aby dokončili simulace pomocí existujícího balíčku řešení Finite Element Method (FEM). komerčně. Doplňková data jasně ukazují kontrolu metasurve pro generování vlnoplochy různých vlnových délek. V zásadě meta povrchy poskytují kontrolu nad frekvencí, polarizací, fází a amplitudou světla, jak je vidět níže:
Funkce založené na světle jsou a) pásmová propust, b) zářezový filtr, c) povrch s vysokou impedancí ad) úzkopásmový „dokonalý absorbér“. Obrázek Xiao et. Alabama
Jak Penn State využil meta povrchy?
Výzkum Penn State využívá k překonání dříve omezené fázové kontroly kumulativní fázi (βx) a náhlý fázový posun (Δ phasex) () Pomocí navrženého rozložení meta povrchů s úplným fázovým posunem (2π) vědci našli zaměření požadované vlnovodem. Produkovali modely volných prostorových fotonových antén poháněných specifickými frekvencemi nanometrů (1550 nm).
Umělec vytvářející vlnovod spojený s metasurface, který umožňuje určité funkce založené na světle Obrázek použitý s laskavým svolením Science Advances
Existují úvahy o účinnosti v současné konstrukci metasurface kovového nanorodu, který má absorpční ztrátu 45,5%. Ve druhém provedení bylo použito čisté dielektrikum a desetkrát snížilo celkový ztrátový výkon hlavně kvůli absenci kovových součástí. Celková účinnost extrakce proti proudu meta povrchového rozhraní je 9%.
Hodnota integrovaných fotonických čipů
Podle Edmund Optics je význam PIC stále zřetelnější, protože posouvá hranice elektronových technologií. Fotonická technologie nabízí pokročilejší šířku pásma, vyšší rychlost a nižší požadavky na energii než technologie založené na RF. ekvivalenty. Správně multiplexované vlákno s jedním režimem může přenášet výrazně vyšší účinnost než měděné systémy. Fotony se během přechodu obecně nesrazí, a proto negenerují teplo, s nímž se běžně vyrovnáváme v elektronových systémech. To znamená, že ze systému je třeba odstraňovat méně odpadu a systém je mnohem energeticky účinnější.
Osvětlení práce v aplikacích PIC
Technologie Penn State poskytuje výkonné možnosti pro technologii PIC integrovanou s schopnostmi tvarování paprsků meta povrchu. Kovové povrchy jsou příznivé pro přímý přenos a příjem vysoce koherentních fotonů na čipu. LiDAR pracuje na stejném principu jako RADAR, ale pracuje s fotony, pro charakterizaci objektů používá metriku energetické hustoty. Jelikož nová technologie nabízí schopnost generovat speciální funkce založené na světle, mohou inženýři v budoucnu vyvinout LiDAR s vysokou hustotou paprsků vedené paprskem, které mohou vytvářet vysoce směrové modely antén pro větší snímací vzdálenosti.
Na základě rotace fotonů LiDAR je vytvořen idealizovaný profil hustoty energie. Čím vyšší je intenzita, tím více se odráží fotony v přijímači LiDAR. Obrázek s laskavým svolením sítě národních ekologických observatoří
Na základě zvýšení hustoty PIC, které tento vývoj nabízí, vidí výzkumný tým budoucí aplikace pro virtuální realitu a zařízení s rozšířenou realitou od miniaturních zobrazovacích technologií po holografickou projekci. Výhody fotonických integrovaných obvodů jsou v pořádku. S příchodem této nové technologie, zdokumentované ve výzkumu a kombinující PIC s meta povrchy, mohou inženýři i nadále posouvat hranice moderní elektroniky.
