Generasi sinar Bessel-Gaussian dalam chip untuk penginderaan jarak jauh

Sinar Bessel, dengan kedalaman bidang yang signifikan dan karakteristik penyembuhan diri, telah diterapkan dalam aplikasi yang luas, termasuk keterikatan kuantum, pencitraan 3D bawah air, manipulasi mikro optik, mikroskop, dan sebagainya. Namun, metode ini, seperti celah melingkar dan lensa, akson, modulator cahaya spasial (SLM), rumit karena penggunaan elemen optik yang besar dan menghalangi penerapan sistem pembangkitan sinar Bessel dalam aplikasi praktis.

Baru-baru ini, beberapa sistem kompak telah diusulkan untuk menghasilkan sinar Bessel dengan menggunakan sirkuit terpadu fotonik (https://cipbessel.com/), permukaan meta, pandu gelombang terintegrasi, dan serat cetak 3D. Namun jarak rambat sinar Bessel yang dihasilkan oleh teknologi di atas pendek, sehingga secara signifikan membatasi penerapan sinar Bessel dalam skenario yang memerlukan jarak rambat yang jauh.

Karya baru yang diterbitkan di Light: Science & Applications

Dalam karya baru yang diterbitkan di Light: Science & Applications , tim ilmuwan, dipimpin oleh Profesor Junfeng Song dari State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Changchun, China, Peng Cheng Laboratory, Shenzhen, Tiongkok dan rekan kerjanya telah mengusulkan struktur yang belum pernah ada sebelumnya berdasarkan susunan kisi fotonik silikon untuk menghasilkan sinar Bessel Gaussian (BGb) dengan jarak propagasi yang jauh (diukur 10,24 m).

Susunan kisi didistribusikan secara konsentris pada chip. Selain itu, diperoleh profil BGb yang dioperasikan pada rentang panjang gelombang dari 1500 nm hingga 1630 nm. Distribusi spasial intensitas cahaya mengikuti fungsi Bessel jenis pertama. Terakhir, para peneliti juga menerapkan BGb terpolarisasi azimuth untuk mengukur kecepatan rotasi dan jarak target secara bersamaan.

Dengan ukuran yang ringkas, biaya rendah, dan potensi produksi massal dari proses terintegrasi, metode dan teknik yang dilaporkan menjanjikan untuk memungkinkan sinar Bessel-Gaussian dalam komunikasi optik luas dan aplikasi manipulasi mikro.

Kelompok ini merangkum prinsip chip fotonik silikon terintegrasi untuk menghasilkan sinar Bessel-Gaussian jarak jauh:

“BGb dapat diperoleh dengan superposisi rangkaian berkas Gaussian. Prosesnya tidak hanya terkait dengan sudut pancaran, tetapi juga dengan divergensi setengah sudut berkas Gaussian. Karena koherensi antara berkas Gaussian dan simetri Dari distribusi melingkar, balok Bessel-Gaussian terbentuk pada area yang tumpang tindih. Sudut emisi dan sudut divergensi berkas Gaussian menentukan posisi spasial dari area yang tumpang tindih. Secara teori, area yang tumpang tindih bisa mencapai tak terhingga.”

Selanjutnya, untuk menghasilkan BGb jarak jauh, struktur pandu gelombang dirancang dengan cermat, terutama lebar susunan kisi dan periode kisi. Kami telah melakukan banyak simulasi, dan akhirnya menentukan ukurannya. Seluruh struktur cincin memiliki diameter 870 μm, dan pemancar kisi 64 saluran yang disusun secara melingkar. Chip fotonik dibuat pada substrat silikon-on-isolator (SOI) dengan proses CMOS 130 nm 8 inci standar Singapore Advanced Micro Foundry (AMF).

Rotasi adalah fenomena mendasar di alam dan pendekatan yang efektif untuk mengukur kecepatan rotasi sangat penting untuk mengungkap karakteristik fisika, mengelola mesin yang tepat, dan menganalisis komposisi benda langit. Untuk mendemonstrasikan fungsi BGb yang dihasilkan, kami juga mengukur kecepatan rotasi secara eksperimental. objek berputar melalui Efek Doppler rotasi dan jarak melalui prinsip jangkauan laser fase. BGb pada chip dapat memberikan solusi terintegrasi untuk pengukuran rotasi yang efektif.”

“Karena luas perangkat ini kurang dari 1 milimeter persegi, dan biaya satu perangkat akan dikurangi menjadi kurang dari 50 sen dalam produksi massal. Generator BGb on-chip yang berbiaya rendah, berkualitas tinggi, dan jarak jauh ini adalah kunci dari sinar Bessel masa depan dalam skenario aplikasi berskala besar, mini, dan sangat stabil,” tambah mereka.