Scane de fascicul prin intermediul unui cip nanofotonic

Potrivit nature.com, o interfață fotonică fără sudură între cip și lume permite progrese semnificative în domeniile măsurării optice, afișajului, comunicațiilor, calculului și științei informațiilor cuantice. Soluția ideală permite scanarea bidimensională a unui fascicul limitat de difracție din orice punct de pe un circuit integrat fotonic către un număr mare de puncte rezolvabile.

👉 Limitările tehnologice ale scanării fasciculului și soluția ski-jump fotonic

Tecnologiile actuale de scanare a fasciculului sunt limitate de un compromis fundamental: circuitele integrate fotonice cu optică difractivă oferă scalabilitate, dar au o calitate slabă a modurilor, în timp ce scanerele micromecanice limitate inerțial oferă fascicule de înaltă calitate, dar nu permit integrarea scalabilă. În acest studiu, raportăm un ski-jump fotonic — un ghid de undă la scară nanometrică integrat monolitic pe un cantilever piezoelectric — pentru a depăși aceste limitări. Acesta se curbează pasiv cu aproximativ 90° în planul vertical, într-o suprafață de mai puțin de 0.1 mm², emite un fascicul broadband limitat de difracție de submicrometru și prezintă oscilații mecanice la rate de kilohertz, cu factori de calitate de peste 10,000.

Fabricat într-o fabrică de metal-oxid-semiconductor complementar (CMOS), dispozitivul nostru permite scanarea bidimensională a fasciculului la o scală mai mare. Alimentat pe rezonanță la tensiuni la nivel CMOS, acesta atinge o rată de puncte ajustată pe suprafață de 68.6 mega puncte/s mm², depășind cu mai mult de 50 de ori oglinzile celor mai avansate sisteme micro-electro-mecanice, suficient pentru un milion de pixeli la 100 Hz dintr-o suprafață de aproximativ 1.5 mm diametru.

👉 Aplicații practice și perspective viitoare ale tehnologiei

Demonstrăm proiecția de imagini și videoclipuri în culori complete, precum și inițializarea și citirea de fotoni unici din centrele de vacanță din siliciu în diamant. În final, prin demonstrarea uniformității într-o matrice de 64 ski-jump, stabilim un drum către obținerea unei rezoluții mai mari de un gigaspot la rate de kilohertz într-o suprafață de sub 5 cm diametru, creând astfel un canal optic fără cusur între procesoarele fotonice integrate și lumea liberă.