Meget effektiv akusto-optisk modulering ved hjælp af ikke-suspenderede tyndfilmslithiumniobat-chalcogenid-hybridbølgeledere

Skematisk diagram og tværsnitsbillede af den foreslåede enhed. MZI-bølgelederen er ætset på toppen af Ge₂₅Sb₁₁6S65-filmen (orange), som er afsat på LNOI-waferen (lyseblå). IDT'en lavet af Au-elektroder (gul) fordampes i området mellem de to arme. I princippet moduleres den optiske jævnstrøm (DC) indgang til et forvrænget sinusformet tidsdomænesignal via en varieret SAW. Kredit:af Lei Wan, Zhiqiang Yang, Wenfeng Zhou, Meixun Wen, Tianhua Feng, Siqing Zeng, Dong Liu, Huan Li, Jingshun Pan, Ning Zhu, Weiping Liu og Zhaohui Li

Traditionelle akusto-optiske (AO) enheder baseret på bulkkrystalmaterialer har svage energibegrænsningsevner for både fotoner og fononer, hvilket fører til en lav AO-interaktionsstyrke. Sammenlignet med bulkmaterialer tillader fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er) overfladeakustiske bølger (SAW'er) at være godt begrænset inden for den tynde film, der bruges til at forstyrre de guidede lysbølger, og udviser en høj energioverlapning inden for bølgelængdeskalaen.

Især som en af de mest lovende AO-interaktionsplatforme giver tyndfilm lithiumniobat (TFLN) et stort potentiale for realisering af højtydende AO-modulatorer på grund af dets overlegne fordele inden for piezoelektrisk transduktion og elektro-optisk konvertering. Men begrænset af de lave optomekaniske koblingskoefficienter er svage AO-modulationseffektiviteter blevet en af flaskehalsene for mikrobølge-til-optisk konvertering i 5G/6G og nye kvantesignalbehandlingsapplikationer.

I et nyt papir offentliggjort i Light Science &Application , et team af forskere, ledet af professor Zhaohui Li fra Guangdong Provincial Key Laboratory of Optoelectronic Information Processing Chips and Systems, Sun Yat-sen University, Kina, Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Kina, og kolleger Dr. Lei Wan, Dr. Zhiqiang Yang et al., har foreslået og demonstreret en indbygget push-pull akusto-optisk modulator med et halvbølge-spændingslængde produkt V _p L så lavt som 0,03 V cm, baseret på en ikke-suspenderet TFLN-chalcogenid glas (ChG) hybrid Mach-Zehnder interferometer bølgelederplatform.

Den ikke-trivielle akusto-optiske modulator præsenterer en modulationseffektivitet, der kan sammenlignes med den for en avanceret ophængt pendant. Sammenlignet med de traditionelle push-pull AO-modulatorer overvinder den foreslåede enhedsprototype problemet med lav modulationseffektivitet induceret af den ukoordinerede energidæmpning af akustiske bølger påført Mach-Zehnder-interferometeret med to arme. Kombineret med de enkle fremstillingsprocesser og højtydende modulationseffektivitet forventes den indbyggede push-pull AO-modulator at vise fremragende egenskaber i mikrobølge-til-optiske konverteringsenheder på chip.

Den værdifulde AO-modulationsydelse drager fordel af den overlegne fotoelastiske egenskab af chalcogenidmembranen og den fuldstændig tovejs deltagelse af den antisymmetriske Rayleigh-overflade-akustiske bølgetilstand exciteret af den impedans-matchede interdigitale transducer. Heri de fotoelastiske koefficienter for amorfe Ge₂₅ Sb₁₀ S₆₅ film estimeres til at være p ₁₁ " p ₁₂ " 0.238. Selvom XZ-retningen måske ikke er den mest egnede krystalorientering på grund af den anisotrope egenskab ved TFLN, muliggør en rimelig konstruktion af impedanstilpasningen af IDT realiseringen af en 96 % konverteringseffektivitet i mikrobølge-til-akustisk konvertering.

et S21-spektre af de TFLN-ChG hybride MZI-baserede AO-modulatorer med enkeltarms- og dobbeltarmsmodulationskonfigurationer. b Normaliseret optisk transmissionsspektrum for AO-modulatoren med dobbeltarmskonfigurationen. c Målte optiske sidebånd i push-pull AO-modulatoren ved en RF-effekt på 15 dBm. Kredit:af Lei Wan, Zhiqiang Yang, Wenfeng Zhou, Meixun Wen, Tianhua Feng, Siqing Zeng, Dong Liu, Huan Li, Jingshun Pan, Ning Zhu, Weiping Liu og Zhaohui Li

For at demonstrere enhedens lave strømforbrug konstruerer vi et on-off moduleringslink ved hjælp af vores ikke-suspenderede indbyggede push-pull AO modulator. Det on-off modulerede RF-signal indlæses på den optiske DC-bærer gennem push-pull AO-modulatoren, hvilket tydeligt demonstrerer mikrobølgesignaltransmissionsevnen for den udviklede on-chip AO-modulator.

"Udviklingen af en højeffektiv on-chip AO-modulator som en nøglekomponent vil give muligheder for nye RF-drevne on-chip optiske isolatorer og integrerede analoge optiske computerenheder," forudser forskerne. + Udforsk yderligere

Siliciumcarbidmodulator overvinder årtier lang 'manglende blok'

Sidste artikelUdvikling af næste generation af superledende kabler

Næste artikelModellering af mikrosvømmeres adfærd og dynamik