Spot-Konvertierung im Arbiträrmodus auf dem Chip

On-Chip-Photonikgeräte zeigen ein großes Potenzial in vielen Anwendungen, darunter Kommunikation, photonische Mikrowellensignalverarbeitung, Quanteninformation, Sensorik und Datenverarbeitung. Kürzlich haben Forscher ein neuartiges Designkonzept zum Betrieb eines Chips zur Steuerung eines Freiraumstrahls vorgeschlagen. Verglichen mit Freiraumgeräten wie Spiegeln weisen On-Chip-Komponenten große Vorteile bei der Flugbahn- und Wellenfrontsteuerung auf. Zum Beispiel verwenden Fundamentalmode-Spotkonverter (SSCs) Fokussierlinsen. Eaton-Linsen können die Lichtbahn auf dem Chip nachweislich biegen, und die aberrationsfreien Abbildungseigenschaften von Maxwells Fisheye-Linsen wurden genutzt, um gekreuzte Multimode-Wellenleiter (MWG) zu konstruieren. Es wurde jedoch nachgewiesen, dass das beschriebene Schema nur für fundamentale Moden verwendet wird, und Moden höherer Ordnung oder nicht-kanonische Moden sind die bevorzugten Moden in spezifischen Anwendungen. In der Fourier-Optik werden 4-f-Systeme häufig in der optischen Informationsverarbeitung verwendet.

Vor kurzem haben Wei Qi und andere an der Huazhong University of Science and Technology, inspiriert vom 4-f-System und dem Beam Expander in Bulk-Optik, entwarf einen SSC mit zwei Metamaterial-basierten Gradienten-Index-Wellenleitern, die vorgeschlagen und experimentell demonstriert wurden. Die vorgeschlagene Vorrichtung kann ihren beliebigen Modus erweitern, während sie ihre Konturform beibehält. Verglichen mit dem herkömmlichen SSC mit adiabatischem Kegel kann es die Flächennutzung um 91,5 % bei gleichem Übersprechen zwischen den Moden reduzieren. Experimente haben bewiesen, dass das Expansionsverhältnis des regulären Modus 5 beträgt. Darüber hinaus haben die Forscher für das unregelmäßige Muster seine Funktion numerisch überprüft, ohne die Struktur zu verändern. Diese Arbeit stellt eine allgemeine Lösung für die On-Chip-Modus-Spot-Umwandlung bereit, die die Anwendungsperspektiven der On-Chip-Fourier-Optik weiter erweitern kann.