Forskare från Huazhong University of Science and Technology föreslog en pixelerad programmerbar fotonisk integrerad krets (PIC) med rekordhöga 20-nivåer mellantillstånd av fasförändringsmaterial (PCM).
Arbetet, rapporterat i International Journal of Extreme Manufacturing , skulle kunna bana väg för tillämpningar av laserinducerade PCM:er i neuromorf fotonik, optisk beräkning och omkonfigurerbara metasytor.
Prof. Jinlong Zhu, motsvarande författare vid School of Mechanical Science and Engineering vid HUST förklarar, "Forskningen om programmerbara PCM-baserade PIC:er och metasytor använde i första hand termisk glödgning och elektrotermisk växling. Däremot multi-level PCMs med fritt utrymme laser switching erbjuder avsevärt förbättrad flexibilitet i fasmodulering."
Programmerbara PIC:er har dykt upp som kraftfulla plattformar inom en mängd olika områden, såsom optisk kommunikation, sensorer och fotoniska neurala nätverk. På grund av det stora brytningsindexkontrasten (∆n>1) mellan de amorfa och kristallina tillstånden av kalkogenid PCM, har forskare undersökt PCM i nanofotoniska plattformar för att utföra programmerbara optiska funktioner.
Även om det har skett betydande forskningsutveckling om PCM med låg förlust i de amorfa och kristallina tillstånden, är studiet av mellantillstånden på flera nivåer på mikronskalan fortfarande i sin linda. Forskningen om programmerbara PCM-baserade PIC:er och metasytor använde i första hand termisk glödgning och elektrotermisk omkoppling.
Som ett resultat rapporterades sällan programmerbara PIC:er och metasytor med ultrahög flexibilitet i fasmodulering med flernivå-PCM:er med laserväxling med fritt utrymme.
Forskarna undersökte de laserskrivande mellantillstånden på flera nivåer för en enda Sb2 S3 element i mikroskala. Genom att optimera effekten och kvantiteten av laserpulser, 20-nivåer mellantillstånd av enkel Sb2 S3 pixlar realiserades i området 120 ~ 320 pulser. Diametern på fasövergångspixlarna är cirka 1,2 μm, vilket orsakas av den fokuserade lasern.
Genom att använda mellantillstånd på flera nivåer uppnådda med laserskrivsystem i mikronskala, simulerade forskarna en Sb2 S3 -baserad fasskiftare i en programmerbar Mach-Zehnder-interferometer och visade att den kunde uppnå 30-nivåers fasskiftningsnoggrannhet av π vid 785 nm våglängd. På detta sätt har tillgängligheten av mycket storskaliga pixelerade icke-flyktiga programmerbara PIC:er demonstrerats genom simulering.
Sb2 S3 -matrisbaserade programmerbara fotoniska integrerade kretsar kan ha en positiv inverkan på programmerbara fotoniska kretsar för allmänna ändamål och fotoniska neurala nätverk. Dessutom öppnar tillämpningarna av laserinducerade programmerbara enheter upp för neuromorf fotonik, optisk beräkning och omkonfigurerbara metasytor.
Forskarna fortsätter arbetet med att använda pixelerade programmerbara fasförändringsmaterial på programmerbara fotoniska integrerade kretsar och metasytor.
Mer information: Wenyu Chen et al, Pixelerade icke-flyktiga programmerbara fotoniska integrerade kretsar med 20-nivåer mellantillstånd, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI:10.1088/2631-7990/ad2c60
Tillhandahålls av International Journal of Extreme Manufacturing
