课题基金 / 基金详情

光学轨道角动量数字化检测芯片研究

批准号:
62105142
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
霍鹏程
依托单位:
学科分类:
光子与光电子器件
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
霍鹏程

项目摘要

结项摘要

相似基金

相关文献

中文摘要
国家高端制造远景规划战略部署以来,逐渐增长的物联网、大数据和人工智能等宽带消耗型业务给现有通讯系统带来巨大的挑战。利用电磁波轨道角动量这一新维度来编码数字信息可以极大地提升通信容量,然而现有轨道角动量检测技术大多利用庞杂的光路和器件,且都不能与电子信息器件直接兼容。本项目中,我们计划研究纳米耦合共振器的电磁波横向相位梯度响应机制,开创光学轨道角动量探测的新型原理,并基于此构建一款轨道角动量的数字化检测芯片,通过电学的方法实现入射光轨道角动量信息的快速读取和检测。本项目的实施可以为电磁波轨道角动量在高通量数字通信系统中的应用奠定坚实的基础。
英文摘要
Since the strategic deployment of the National High-end Manufacturing Vision Plan, the gradually growing broadband consumable services such as the Internet of Things, big data and artificial intelligence have brought great challenges to the existing communication system. Using the new dimension of electromagnetic wave orbital angular momentum to encode digital information can greatly improve the communication capacity. However, most of the existing orbital angular momentum detection techniques use a large number of optical paths and devices, and none of them can be directly compatible with electronic information devices. In this project, we plan to study the transverse phase gradient response mechanism of electromagnetic wave in nanoscale coupled resonator, create a new principle of optical orbital angular momentum detection, build a digital orbital angular momentum detection chip, and realize the rapid reading and detection of orbital angular momentum information of incident light through electrical methods. The implementation of this project can lay a solid foundation for the application of electromagnetic wave orbital angular momentum in high-throughput digital communication systems.
轨道角动量是涡旋光束的一个独特性质,具有螺旋相位结构。因其具备无边界、可为任意整数值并且不同拓扑荷数的光束相互正交的特性,已被广泛应用在光学通信、量子信息处理、光学传感等多个重要领域。然而现有涡旋光轨道角动量检测方法需要用到庞大的光路和元件,且都不能与电子信息器件直接兼容,这些天然缺陷直接阻碍了轨道角动量应用的数字化、信息化及小型化脚步。本项目旨在开发一种基于硅基纳米耦合共振器的光学轨道角动量数字化检测器件,解决现有光学轨道角动量检测方法的局限性。. 在该研究工作中,项目负责人成功设计并优化了一种硅基纳米耦合共振器,用于高效检测光学轨道角动量光束的拓扑荷数。该纳米耦合共振器由两根完全相同的硅基光学波导构成,排列在玻璃基底上,通过与自由空间电磁波共振储存能量。研究主要关注当两个纳米波导的间距接近波长时,非厄米耦合强度对光波能量储存及其角度响应的影响。通过耦合模理论,分析了共振器的共振模式与自由空间电磁波之间的耦合关系,揭示出纳米耦合共振器对光的吸收比与入射光的角度(横向相位梯度)呈现出显著的依赖关系,尤其是在两个波导的间距接近波长时,系统展现出强烈的角度响应。进一步研究发现,这种角度依赖特性使得纳米耦合共振器能够有效探测光学轨道角动量。通过测量两个纳米波导的吸收比,可以精确确定轨道角动量光束的拓扑荷数。研究设计了一个多对耦合共振器组成的结构,能够实现偏振无依赖的轨道角动量探测。此外,研究还提出了将这一技术集成到微型芯片中的方案,通过将光学吸收信号转化为光电流信号,实现数字化、自动化的轨道角动量检测。. 该研究不仅为光学涡旋轨道角动量的精确测量提供了新的技术手段,而且通过集成电路系统推动了该技术的微型化和数字化进程,为未来量子通信、超高速通信等领域的技术发展奠定了基础。
国内基金
海外基金