Wetenschap
Gepixeleerde niet-vluchtige programmeerbare fotonische geïntegreerde schakelingen voorgesteld door onderzoekers in China
Het werk, gerapporteerd in het International Journal of Extreme Manufacturing , zou de weg kunnen vrijmaken voor de toepassingen van lasergeïnduceerde PCM's in neuromorfe fotonica, optisch computergebruik en herconfigureerbare metasurfaces.
Prof. Jinlong Zhu, corresponderend auteur aan de School of Mechanical Science and Engineering van HUST, legt uit:"Het onderzoek naar programmeerbare op PCM's gebaseerde PIC's en metasurfaces maakte voornamelijk gebruik van thermisch uitgloeien en elektrothermisch schakelen. In contrast hiermee maakten PCM's met meerdere niveaus met laser in de vrije ruimte schakelen biedt aanzienlijk verbeterde flexibiliteit in fasemodulatie."
Programmeerbare PIC's zijn uitgegroeid tot krachtige platforms op verschillende gebieden, zoals optische communicatie, sensoren en fotonische neurale netwerken. Vanwege het grote brekingsindexcontrast (∆n>1) tussen de amorfe en kristallijne toestanden van chalcogenide PCM's hebben onderzoekers PCM's in nanofotonische platforms onderzocht om programmeerbare optische functies uit te voeren.
Hoewel er sprake is van aanzienlijke onderzoeksontwikkeling op het gebied van PCM's met laag verlies in de amorfe en kristallijne toestanden, staat de studie van de meerlaagse tussentoestanden op micronschaal nog in de kinderschoenen. Het onderzoek naar programmeerbare op PCM's gebaseerde PIC's en metasurfaces maakte voornamelijk gebruik van thermisch uitgloeien en elektrothermisch schakelen.
Als gevolg hiervan werden programmeerbare PIC's en metasurfaces met ultrahoge flexibiliteit in fasemodulatie met behulp van multi-level PCM's met laserschakeling in de vrije ruimte zelden gerapporteerd.
De onderzoekers onderzochten de laserschrijvende tussentoestanden op meerdere niveaus van een enkele Sb2 S3 element op microschaal. Door het vermogen en de hoeveelheid laserpulsen te optimaliseren, kunnen tussentoestanden op 20 niveaus van enkele Sb2 S3 pixels werden gerealiseerd in het bereik van 120 ~ 320 pulsen. De diameter van de faseovergangspixels bedraagt ongeveer 1,2 μm, wat wordt veroorzaakt door de gefocusseerde laser.
Door gebruik te maken van tussentoestanden op meerdere niveaus, bereikt door een laserschrijfsysteem op micronschaal, simuleerden de onderzoekers een Sb2 S3 -gebaseerde faseverschuiver in een programmeerbare Mach-Zehnder-interferometer en toonde aan dat deze een faseverschuivingsnauwkeurigheid van 30 niveaus van π bij een golflengte van 785 nm kon bereiken. Op deze manier is de beschikbaarheid van zeer grootschalige, gepixelde, niet-vluchtige programmeerbare PIC's door middel van simulatie aangetoond.
De Sb2 S3 -matrixgebaseerde programmeerbare fotonische geïntegreerde schakelingen zouden een positieve impact kunnen hebben op programmeerbare fotonische circuits en fotonische neurale netwerken voor algemeen gebruik. Bovendien openen de toepassingen van door laser geïnduceerde programmeerbare apparaten zich voor neuromorfe fotonica, optisch computergebruik en herconfigureerbare metasurfaces.
De onderzoekers zetten het werk voort en passen gepixelde programmeerbare faseveranderingsmaterialen toe op programmeerbare fotonische geïntegreerde schakelingen en metasurfaces.