Diagramma schematico del modulatore ottico in polimero EO per luce visibile. La luce in ingresso si propaga attraverso la guida d'onda del polimero EO e viene emesso un segnale ottico in uscita corrispondente al segnale elettrico. Credito:Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e della comunicazione (NICT)
L'Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e delle comunicazioni ha sviluppato con successo un modulatore ottico altamente efficiente che utilizza un polimero elettro-ottico organico (di seguito denominato polimero EO) per la luce visibile. I modulatori ottici in polimero EO convenzionali potrebbero funzionare nella luce del vicino infrarosso (lunghezza d'onda 1.550 nm, ecc.), Ma non potrebbero essere utilizzati per la luce visibile (lunghezza d'onda da 380 nm a 780 nm) a causa della grande perdita di assorbimento. NCT ha sviluppato un polimero EO che subisce una piccola perdita di assorbimento nella luce visibile e ha il grande coefficiente elettro-ottico richiesto per il modulatore ottico. Abbiamo fabbricato un modulatore ottico utilizzando questo polimero EO mediante tecnologia di microfabbricazione e utilizzato il modulatore ottico in luce visibile (rosso, lunghezza d'onda 640 nm). Il modulatore ottico dimostrato per la luce visibile è più piccolo e più efficiente del modulatore ottico polimerico EO convenzionale per la luce del vicino infrarosso.
Questo modulatore ottico in polimero EO per la luce visibile dovrebbe essere applicato a dispositivi di visualizzazione di prossima generazione come display stereoscopici e occhiali intelligenti. La ricerca è stata pubblicata su Optics Express .
La crescita del traffico Internet globale ha portato alla domanda di reti ottiche ad alte prestazioni. NCT sta sviluppando un modulatore ottico ad alta velocità e bassa tensione che utilizza il polimero EO. I modulatori ottici che convertono i segnali elettrici in segnali ottici sono dispositivi chiave per le telecomunicazioni. Rispetto ai modulatori ottici al niobato di litio convenzionali, i modulatori ottici ai polimeri di EO possono essere utilizzati solo con la luce del vicino infrarosso per le comunicazioni ottiche.
In questa ricerca, abbiamo sviluppato con successo un polimero EO che ha un basso assorbimento e un alto coefficiente elettro-ottico nella luce visibile. Questo risultato è stato ottenuto grazie all'accurata tecnologia di misurazione e al design molecolare di NCT basato sulla vasta libreria di strutture molecolari accumulata nel corso di molti anni. Progettando la struttura della molecola EO in modo che sia corta e rigida per sopprimere la perdita di assorbimento alla luce visibile, questo polimero EO ha una perdita di assorbimento inferiore a 1/20.000 rispetto al polimero EO convenzionale ed è disponibile per la luce visibile.
Sezione trasversale del modulatore ottico in polimero EO per luce visibile. Gli elettrodi IZO (Indium Zinc Oxide) sono posizionati nella parte superiore e inferiore della guida d'onda. Credito:Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e della comunicazione (NICT)
Il NICT ha progettato e fabbricato una struttura dell'interferometro Mach-Zehnder utilizzando un processo di microfabbricazione. La dimensione della guida d'onda per operare alla luce visibile è necessariamente inferiore a un modulatore ottico convenzionale per la luce del vicino infrarosso. Abbiamo adottato una guida d'onda del tipo a cresta che garantisce una modalità singola anche se la larghezza della guida d'onda è relativamente grande. Di conseguenza, sebbene sia richiesta un'elaborazione ad alta precisione, la tolleranza di fabbricazione è ridotta.
Un segnale elettrico è stato aggiunto al modulatore ottico sviluppato ed è stata valutata l'operazione di modulazione. Di conseguenza, la cifra di merito dei modulatori ottici è stata di 0,52 Vcm ad una lunghezza d'onda di 640 nm (colore rosso). Questo risultato è meno di un terzo della tradizionale cifra di merito che significa efficienza estrema (piccole dimensioni e bassa tensione di pilotaggio). Inoltre, la lunghezza d'onda operativa è significativamente più corta di prima.
Relazione tra lunghezza d'onda di funzionamento e figura di merito del modulatore ottico. (Questo lavoro e il precedente modulatore ottico polimerico LN ed EO.) Credito:National Institute of Information and Communications Technology (NICT)
Prospettive future
Questo risultato della ricerca è un risultato pionieristico che può portare innovazioni nel controllo del raggio di luce e nella tecnologia di visualizzazione. Il modulatore ottico in grado di controllare la fase di propagazione della luce può essere utilizzato per un phased array ottico. Il phased array ottico per luce visibile può essere disponibile per display stereoscopici. Ci si può aspettare che dispositivi di visualizzazione compatti e altamente efficienti vengano montati nei terminali indossabili di prossima generazione come gli occhiali intelligenti. Inoltre, con la luce visibile è possibile utilizzare un fotorilevatore a base di silicio a basso costo, che porta alla riduzione dei costi dell'intero sistema.
"Continuerò a promuovere la ricerca e lo sviluppo del phased array ottico per i display di prossima generazione", ha affermato Kamada Shun. Mireremo anche a sviluppare polimeri EO per il verde e il blu e ad espandere le loro applicazioni ai display stereoscopici a colori. + Esplora ulteriormente
