Сочетание света со звуком

Пьезоэлектрические материалы могут преобразовывать электрическое напряжение в механическое смещение и наоборот. Они широко распространены в современных беспроводных сетях связи, таких как сотовые телефоны.

Сегодня пьезоэлектрические устройства, включая фильтры, преобразователи и осцилляторы, используются в миллиардах устройств для беспроводной связи, глобального позиционирования, навигации и космических приложений.

Свет и звук

В статье, опубликованной в журнале "Nature", сотрудничество профессора Тобиаса Дж. Киппенберга из EPFL (Федеральная политехническая школа Лозанны) и профессора Сунила А. Бхава из Университета Пердью объединило технологию пьезоэлектрического нитрида алюминия (AlN), используемую в радиочастотных фильтрах современных сотовых телефонов с интегрированной фотоникой на основе нитрида кремния (Si3N4) с ультранизкими потерями, демонстрируя новую схему акусто-оптической модуляции на кристалле.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Гибридная схема позволяет широкополосное управление на фотонных волноводах с ультранизкой электрической мощностью - достижение, которое до сих пор было сложной задачей. Сама схема была изготовлена с использованием CMOS-совместимых литейных процессов, которые широко используются для построения микропроцессоров, микроконтроллеров, микросхем памяти и других цифровых логических схем.

Для построения схемы ученые использовали Si3N4, который стал ведущим материалом для чипов в масштабе, микрорезонаторов на основе оптических частотных гребней (микросотами). Микросота используется в ряде требующих высокой точности приложений, в том числе для когерентной связи, калибровки астрономических спектрометров, сверхскоростного диапазона, малошумящего микроволнового синтеза, оптических атомных часов, а в последнее время - для параллельной когерентной связи LiDAR.

Исследователи изготовили пьезоэлектрические приводы AlN на поверхности фотонных схем Si3N4 с ультранизкими потерями и подали на них сигнал напряжения. Сигнал вызывал объемные акустические волны электромеханическим способом, которые могли модулировать генерируемые микросотами в цепях Si3N4. Короче говоря, звук трясет свет.

Ключевой особенностью этой схемы является то, что она поддерживает сверхнизкие потери в цепях Si3N4. "Это достижение представляет собой новую веху в развитии микрокомбинационной технологии, объединяющую интегрированную фотонику, проектирование микроэлектромеханических систем и нелинейную оптику", - говорит Джункиу Лю (Junqiu Liu), который руководит производством микросхем фотоники Si3N4 в Центре микронанотехнологий EPFL. "Используя пьезоэлектрические и массовые акустооптические взаимодействия, он обеспечивает оптическую модуляцию на кристалле с беспрецедентной скоростью и сверхнизким энергопотреблением".

Используя новую гибридную систему, исследователи продемонстрировали два независимых приложения: Во-первых, оптимизация массивно-параллельного когерентного LiDAR на основе микросоставов, основанная на их предыдущей работе, также недавно опубликованной в журнале Nature. Такой подход может обеспечить путь к использованию LiDAR-двигателей на основе микросхем, приводимых в движение микроэлектронными схемами CMOS.

Во-вторых, они построили оптические изоляторы без магнитов путем пространственно-временной модуляции микрорезонатора Si3N4, который был недавно опубликован в журнале Nature Communications. "Жесткое вертикальное ограничение объемных акустических волн предотвращает перекрестный звук и позволяет близко расположенные приводы, чего трудно добиться в p-и-n кремниевых модуляторах", - говорит Хао Тиан (Hao Tian), изготовивший пьезоэлектрические приводы в чистой комнате Scifres в Нанотехнологическом центре Бирка (Birck) в Пердью.

Новая технология может послужить толчком для применения микросот в критически важных системах, например, в космосе, центрах обработки данных и портативных атомных часах, или в экстремальных условиях, например, при криогенных температурах. "Пока что непредвиденные приложения будут использоваться во многих сообществах", - говорит профессор Киппенберг. "Снова и снова было доказано, что гибридные системы могут получить преимущества и функциональность, превосходящие те, которые достигаются при работе с отдельными компонентами".Недавно я прочитал статью в журнале "Scientific American", которая вызвала у меня большой резонанс", - добавляет профессор Бхав. "Она называется "Почему Наука лучше, когда она многонациональна." Наши результаты были бы невозможны без этого междисциплинарного и межконтинентального сотрудничества". опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet