(a) Schematisk över hela enheten. (b) Tvärsnitt av vågledaren som stöder det fotoniska BIC -läget. (c, d) Elfält | E | profiler för TM -bundet läge (c) och ett TE -kontinuerligt läge (d) som stöds av vågledaren i (b). Det fotoniska BIC -läget hänvisar till TM -bundet läge (c) som under vissa förhållanden inte interagerar med TE -kontinuerliga lägen (d) och därmed upplever noll utbredningsförlust i vågledaren i (b). (e) Simulerad och uppmätt inneboende optisk kvalitetsfaktor för kavitetsresonansen som en funktion av vågledarens bredd w. (f) Illustration av en SAW som sprider sig över en BIC -vågledare och en etsad vågledare. Den etsade vågledaren orsakar reflektion och spridning av incidenten SAW, men det gör inte BIC -vågledaren. Upphovsrätt:av Zejie Yu och Xiankai Sun
Att tillämpa bundna tillstånd i kontinuum (BIC) i fotoniska integrerade kretsar möjliggör ljusförlust med låg förlust och routning i vågledare med lågt brytningsindex på substrat med hög brytningsindex. Här, Vi demonstrerar högkvalitativa integrerade litiumniobatmikrohålor med cirkulerande BIC och modulerar dessa akustiskt optiskt ytterligare med akustiska ytvågor. Den akustisk-optiska kopplingen är väl belägen i regimen för upplöst sidband, vilket leder till koherent koppling mellan mikrovågsugn och optiska fotoner, som uppvisas av den observerade elektroakusto-optiskt inducerade transparensen och absorptionen.
Att utnyttja bundna tillstånd i kontinuum (BIC) i fotoniska integrerade kretsar (PIC) möjliggör ljusstyrning och routning med låg förlust med en vågledare med lågt brytningsindex på ett substrat med hög brytningsindex. PIC som fungerar enligt BIC-principen kräver inte mönstermikro- eller nanostrukturer i det funktionella fotoniska materialet. Utan det stränga kravet på etsning av hög kvalitet, många enkristallmaterial som uppvisar utmärkta optiska funktioner i bulkform kan nu introduceras till den integrerade fotoniska plattformen.
Akusto-optik involverar studier av fonon-foton-interaktioner baserade på förändringar i brytningsindex för ett medium på grund av närvaron av akustiska vågor i det mediet. Yt akustiska vågor (SAW) som sprider sig på ytor av ett tunnfilms piezoelektriskt material kan begränsas inom en tjocklek som är mindre än den akustiska våglängden, producerar fononer med en mycket hög densitet i området nära ytan. Det lilla akustiska modalområdet, vilket är jämförbart med det optiska modalområdet, resulterar i en stor överlappning mellan de två lägena i fotoniska vågledare. Därför, SAWs kan användas för att uppnå starka akusto-optiska interaktioner i nanofotoniska enheter.
Litiumniobat (LiNbO 3 ) är en idealisk plattform för forskning om fonon-foton-interaktioner eftersom den har stora piezoelektriska koefficienter och är optiskt transparent över ett brett våglängdsområde. Den kan användas för att generera SAW effektivt och stödja fotoniska hålrum med faktorer av hög kvalitet. Eftersom PIC:er som fungerar enligt BIC -mekanismen möjliggör flexibelt urval av piezoelektriska material, LiNbO 3 kan antas för att tillverka högkvalitativa fotoniska mikrokaviteter på ett chip utan behov av etsning.
(a, b) Uppmätta S21 -spektra för enheter med SAW interdigital givarfingerperiod Λ =2w (a) och Λ =2w/3 (b). (c) Illustration av kontrollampans trevågsblandningsprocess (ωc), sondljus (ωp), och SAW (ΩSAW). Kavitetsresonansfrekvensen är ω0 med en sönderfallshastighet på κ. (d) Uppmätta normaliserade transmissionsspektra för sondljuset, visar egenskaperna hos elektroakusto-optiskt inducerad transparens och absorption Kredit:Zejie Yu och Xiankai Sun
I en ny artikel publicerad i Ljus:Vetenskap och applikationer , forskare från The Chinese University of Hong Kong visade en högkvalitativ fotonisk mikrokavitet baserad på BIC-mekanismen, som integrerades med en SAW-interdigitalomvandlare monolitiskt på en tunnfilms LiNbO 3 -på en isolatorplattform. Hålrummet konstruerades helt enkelt genom att mönstra vågledare med lågt brytningsindex på LiNbO med hög brytningsindex 3 substrat utan att möta utmaningen med högkvalitativ etsning av LiNbO 3 .
Anordningarna tillverkades på ett 400 nm LiNbO 3 -on-isolerande skiva med en standard top-down nanofabrication metod. De optiska resonanserna hos den tillverkade racerbanans mikrokavitet mättes, med den högsta inneboende optiska kvalitetsfaktorn som når ~ 500, 000. Akusto-optisk modulering av kavitetsresonanta BIC-lägen demonstrerades för första gången, med moduleringsfrekvens som överstiger 4 GHz. Kombinationen av högfrekvensen för SAW och sub-GHz-linjebredden för kavitetsresonansen möjliggör akustisk optisk koppling i upplöst sidbandsregim, ger koherent koppling mellan mikrovågsugn och optiska fotoner, vilket framgår av den observerade elektroakusto-optiskt inducerade transparensen och absorptionen.
Den unika egenskapen och den största fördelen med föreliggande schema är att genom att utnyttja ljusstyrningen med låg förlust under BIC-mekanismen, enkristall LiNbO 3 skiktet är fritt från etsning, producerar sålunda SAW med enhetliga akustiska våglängder och låg förlust av akustisk utbredning, vilket underlättar mycket effektiv fonon-fotonkoppling. Den erhållna starka fonon-foton-kopplingen kan utnyttjas för att utveckla ett brett spektrum av Brillouin-spridningsbaserade fotoniska applikationer, inklusive fördröjningslinjer, lätt förvaring, mikrovågssignalbehandling, Brillouin -lasrar och förstärkare, och icke -ömsesidig ljusöverföring. Dessutom, de resande akustiska vågorna här var elektriskt upphetsade, är mycket starkare än de som är glada över optiska metoder. Genom att använda ett piezoelektriskt material, det är inte nödvändigt att tillverka känsliga upphängda strukturer som liknar dem i konventionella on-chip-stimulerade-Brillouin-spridningsbaserade enheter. Därför, våra demonstrerade enheter har ett stort löfte att uppnå hög prestanda i Brillouin-effektbaserade applikationer med en mer robust arkitektur.
