Pixelerede ikke-flygtige programmerbare fotoniske integrerede kredsløb foreslået af forskere i Kina

Forskere fra Huazhong University of Science and Technology foreslog et pixeleret programmerbart fotonisk integreret kredsløb (PIC'er) med rekordhøje 20-niveaus mellemtilstande af faseændringsmaterialer (PCM'er).

Arbejdet, rapporteret i International Journal of Extreme Manufacturing , kunne bane vejen for anvendelser af laser-inducerede PCM'er i neuromorfisk fotonik, optisk databehandling og rekonfigurerbare metasurfaces.

Prof. Jinlong Zhu, korresponderende forfatter ved School of Mechanical Science and Engineering i HUST forklarer:"Forskning i programmerbare PCM'er-baserede PIC'er og metasurfaces brugte primært termisk annealing og elektrotermisk switching. I modsætning hertil brugte multi-level PCM'er med free-space laser switching tilbyder betydeligt forbedret fleksibilitet i fasemodulation."

Programmerbare PIC'er er dukket op som kraftfulde platforme inden for en række forskellige områder, såsom optisk kommunikation, sensorer og fotoniske neurale netværk. På grund af den store brydningsindekskontrast (∆_n>1) mellem de amorfe og krystallinske tilstande af chalcogenid PCM'er har forskere undersøgt PCM'er i nanofotoniske platforme for at udføre programmerbare optiske funktioner.

Mens der har været betydelig forskningsudvikling på PCM'er med lavt tab i de amorfe og krystallinske tilstande, er studiet af multi-niveau mellemtilstande på mikronskalaen stadig i sin vorden. Forskningen i programmerbare PCM'er-baserede PIC'er og metasurfaces brugte primært termisk udglødning og elektrotermisk kobling.

Som et resultat blev der sjældent rapporteret programmerbare PIC'er og metasurfaces med ultrahøj fleksibilitet i fasemodulation ved hjælp af multi-level PCM'er med free-space laser switching.

Forskerne undersøgte de laserskrivende multi-level mellemtilstande af en enkelt Sb₂ S₃ element på mikroskala. Ved at optimere effekten og mængden af ​​laserimpulser, 20-niveaus mellemtilstande af enkelt Sb₂ S₃ pixels blev realiseret i området 120 ~ 320 impulser. Diameteren af ​​faseovergangspixelerne er omkring 1,2 μm, hvilket er forårsaget af den fokuserede laser.

Ved at bruge mellemtilstande på flere niveauer opnået med et laserskrivesystem i mikronskala, simulerede forskerne en Sb₂ S₃ -baseret faseskifter i et programmerbart Mach-Zehnder interferometer og demonstrerede, at det kunne opnå 30-niveaus faseforskydningsnøjagtighed på π ved 785 nm bølgelængde. På denne måde er tilgængeligheden af ​​meget storskala pixelerede ikke-flygtige programmerbare PIC'er blevet demonstreret ved simulering.

Sb₂ S₃ -matrix-baserede programmerbare fotoniske integrerede kredsløb kunne have en positiv indvirkning på programmerbare fotoniske kredsløb til generelle formål og fotoniske neurale netværk. Desuden åbner anvendelserne af laser-inducerede programmerbare enheder op for neuromorfisk fotonik, optisk databehandling og rekonfigurerbare metasurfaces.

Forskerne fortsætter arbejdet med at anvende pixelerede programmerbare faseændringsmaterialer til programmerbare fotoniske integrerede kredsløb og metasurfaces.

Flere oplysninger: Wenyu Chen et al., Pixelerede ikke-flygtige programmerbare fotoniske integrerede kredsløb med 20-niveaus mellemtilstande, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI:10.1088/2631-7990/ad2c60

Leveret af International Journal of Extreme Manufacturing