Пермские ученые выяснили, как снизить потери света в оптоэлектронных устройствах

Ученые Пермского политехнического университета рассчитали оптимальную толщину буферного слоя в оптоэлектронных устройствах. Это позволит в сотни раз снизить потери света и в результате сократить количество сбоев в работе телевидения, неполадок при подключении к интернету и потери сигнала при управлении дронами. Статья опубликована в журнале «Известия вузов. Приборостроение», а исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Оптоэлектронные устройства позволяют управлять мощностью оптического сигнала с помощью оптического модулятора. Модулятор состоит из волноводов и металлических электродов. Металл поглощает проходящий сквозь него световой поток, и происходят потери вплоть до 100 децибелов для некоторых типов световых волн ― практически полная потеря сигнала. Для снижения потерь между волноводом и электродом устанавливается буферный слой ― тонкий материал, который не проводит ток. Пермские ученые рассчитали оптимальную толщину этого слоя: 800–850 нанометров. Ранее такой информации не было.

«Исследования, которые мы проводим с коллегами, посвящены разработке фотонных интегральных схем на основе тонкопленочного ниобата лития ― это новая материальная платформа, которая стала коммерчески доступной около 10 лет назад. Для управления оптическим излучением в фотонной интегральной схеме необходимо использовать электроды из металлов, которые поглощают оптическое излучение. Эти потери необходимо снижать, используя буферный слой, но в литературе нет информации о его толщине. Мы провели численный расчет тремя разными методами, которые дали один и тот же результат, определили толщину буферного слоя, которая бы позволила минимизировать оптические потери, вызываемые поглощением слоя золота и дали рекомендации по тому, какую толщину необходимо использовать с технологической точки зрения», ― рассказала корреспонденту «Научной России» аспирантка кафедры общей физики ПНИПУ, инженер-исследователь Пермской научно-производственной приборостроительной компании Анна Булатова.

Ученые провели исследования потерь сигнала при различной толщине буферного слоя и выяснили, что его толщина не должна быть ниже 0,8 мкм, иначе волновод перестанет выполнять свою функцию. При этом оптимальная толщина буферного слоя снижает световые потери до 0,03 дБ/см, что практически не влияет на передачу сигнала.

Научно-подтвержденный стандарт толщины буферного слоя будет актуален при создании фотонных интегральных схем на основе тонкопленочного ниобата лития: это могут быть оптические модуляторы, многофункциональные схемы для оптического гироскопа, различные датчики. Теперь ученые планируют подтвердить расчеты в эксперименте.

Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ

Фото: mixey / ru.123rf.com