Traditionella akustooptiska (AO) enheter baserade på bulkkristallmaterial har svaga energiinneslutningsförmåga för både fotoner och fononer, vilket leder till en låg AO-interaktionsstyrka. Jämfört med bulkmaterial tillåter fotoniska integrerade kretsar (PIC) ytakustiska vågor (SAW) att vara väl begränsade inom den tunna filmen som används för att störa de guidade ljusvågorna, uppvisar en hög energiöverlappning inom våglängdsskalan.

I synnerhet, som en av de mest lovande AO-interaktionsplattformarna, ger tunnfilmslitiumniobat (TFLN) stor potential för realisering av högpresterande AO-modulatorer på grund av dess överlägsna fördelar inom piezoelektrisk transduktion och elektrooptisk omvandling. Begränsad av de låga optomekaniska kopplingskoefficienterna har dock svag AO-modulationseffektivitet blivit en av flaskhalsarna för mikrovågs-till-optisk konvertering i 5G/6G och framväxande kvantsignalbehandlingstillämpningar.

I en ny artikel publicerad i Light Science &Application , ett team av forskare, ledda av professor Zhaohui Li från 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, och medarbetare Dr. Lei Wan, Dr Zhiqiang Yang et al, har föreslagit och demonstrerat en inbyggd push-pull akusto-optisk modulator med en halvvågs-spännings-längd produkt V _p L så lågt som 0,03 V cm, baserat på en icke-suspenderad TFLN-kalkogenidglas (ChG) hybrid Mach-Zehnder interferometervågledarplattform.

Den icke-triviala akusto-optiska modulatorn uppvisar en moduleringseffektivitet som är jämförbar med den hos en toppmodern upphängd motsvarighet. Jämfört med de traditionella push-pull AO-modulatorerna övervinner den föreslagna enhetsprototypen problemet med låg moduleringseffektivitet inducerad av den inkoordinerade energidämpningen av akustiska vågor som appliceras på Mach-Zehnder-interferometern med två armar. I kombination med de enkla tillverkningsprocesserna och högpresterande moduleringseffektiviteten förväntas den inbyggda push-pull AO-modulatorn visa utmärkta egenskaper i mikrovågs-till-optiska konverteringsenheter på chip.

Den värdefulla AO-moduleringsprestandan drar nytta av den överlägsna fotoelastiska egenskapen hos kalkogenidmembranet och det fullständigt dubbelriktade deltagandet av det antisymmetriska Rayleigh-ytans akustiska vågläge som exciteras av den impedansmatchade interdigitala givaren. Häri, de fotoelastiska koefficienterna för amorfa Ge₂₅ Sb₁₀ S₆₅ film beräknas vara p ₁₁ " p ₁₂ " 0.238. Även om XZ-riktningen kanske inte är den mest lämpliga kristallorienteringen på grund av den anisotropa egenskapen hos TFLN, möjliggör en rimlig konstruktion av impedansmatchningen av IDT realiseringen av en omvandlingseffektivitet på 96 % i mikrovågs-till-akustisk omvandling.

För att demonstrera enhetens låga strömförbrukning konstruerar vi en på-av-modulationslänk med vår icke-upphängda inbyggda push-pull AO-modulator. Den på-av-modulerade RF-signalen laddas på den optiska DC-bäraren genom push-pull AO-modulatorn, vilket tydligt visar mikrovågssignalöverföringsförmågan hos den utvecklade on-chip AO-modulatorn.

"Utvecklingen av en mycket effektiv on-chip AO-modulator som en nyckelkomponent kommer att erbjuda möjligheter för framväxande RF-drivna on-chip optiska isolatorer och integrerade analoga optiska datorenheter," förutspår forskarna. + Utforska vidare

Kiselkarbidmodulator övervinner decennier långa "saknade block"