Het toepassen van gebonden toestanden in het continuüm (BIC's) in fotonische geïntegreerde schakelingen maakt lichtgeleiding en routering met lage brekingsindex mogelijk in golfgeleiders met een lage brekingsindex op substraten met een hoge brekingsindex. Hier, we demonstreren hoogwaardige geïntegreerde lithiumniobaat-microholtes met circulerende BIC's en moduleren deze BIC's verder akoesto-optisch door akoestische oppervlaktegolven. De akoesto-optische koppeling is goed gesitueerd in het opgeloste zijbandregime, wat leidt tot coherente koppeling tussen microgolf en optische fotonen, zoals blijkt uit de waargenomen elektro-akoestisch-optisch geïnduceerde transparantie en absorptie.

Het benutten van gebonden toestanden in het continuüm (BIC's) in fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC's) zorgt voor lichtgeleiding en routering met weinig verlies met een golfgeleider met lage brekingsindex op een substraat met hoge brekingsindex. PIC's die werken volgens het BIC-principe vereisen geen patroonvorming van micro- of nanostructuren in het functionele fotonische materiaal. Zonder de hoge eis van hoogwaardige etsen, veel eenkristalmaterialen die uitstekende optische functionaliteiten in bulkvorm vertonen, kunnen nu worden geïntroduceerd op het geïntegreerde fotonische platform.

Akoesto-optica omvat de studie van fonon-foton-interacties op basis van veranderingen in de brekingsindex van een medium als gevolg van de aanwezigheid van akoestische golven in dat medium. Akoestische oppervlaktegolven (SAW's) die zich voortplanten op oppervlakken van een piëzo-elektrisch materiaal met een dunne film, kunnen worden beperkt tot een dikte die kleiner is dan de akoestische golflengte, produceren fononen met een zeer hoge dichtheid in het gebied nabij het oppervlak. Het kleine akoestische modale gebied, die vergelijkbaar is met het optische modale gebied, resulteert in een grote overlap tussen de twee modi in fotonische golfgeleiders. Daarom, SAW's kunnen worden gebruikt om sterke akoesto-optische interacties in nanofotonische apparaten te bereiken.

Lithiumniobaat (LiNbO ₃ ) is een ideaal platform voor onderzoek naar fonon-foton-interacties omdat het grote piëzo-elektrische coëfficiënten heeft en optisch transparant is over een breed golflengtebereik. Het kan worden gebruikt om SAW's efficiënt te genereren en fotonische holtes met hoogwaardige factoren te ondersteunen. Omdat PIC's die werken onder het BIC-mechanisme een flexibele selectie van piëzo-elektrische materialen mogelijk maken, LiNbO ₃ kan worden gebruikt om fotonische microholtes van hoge kwaliteit op een chip te fabriceren zonder te hoeven etsen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , onderzoekers van de Chinese Universiteit van Hong Kong demonstreerden een hoogwaardige fotonische microholte op basis van het BIC-mechanisme, die monolithisch was geïntegreerd met een SAW interdigitale transducer op een dunne-film LiNbO ₃ -op isolator platform. De holte werd eenvoudig geconstrueerd door golfgeleiders met een lage brekingsindex te modelleren op de LiNbO met hoge brekingsindex ₃ substraat zonder de uitdaging aan te gaan van hoogwaardig etsen van LiNbO ₃ .

De apparaten zijn gefabriceerd op een 400 nm LiNbO ₃ -op-isolatorwafel met een standaard top-down nanofabricagebenadering. De optische resonanties van de gefabriceerde microcaviteit van de racebaan werden gemeten, met de hoogste intrinsieke optische kwaliteitsfactor van ~500, 000. Voor het eerst werd akoestisch-optische modulatie van de holteresonante BIC-modi gedemonstreerd, met een modulatiefrequentie van meer dan 4 GHz. De combinatie van de hoge frequentie van de SAW en de sub-GHz lijnbreedte van de holteresonantie maakt akoesto-optische koppeling in het opgeloste-zijbandregime mogelijk, het opleveren van coherente koppeling tussen microgolf en optische fotonen, zoals blijkt uit de waargenomen elektro-akoestisch-optisch geïnduceerde transparantie en absorptie.

Het unieke kenmerk en het belangrijkste voordeel van het huidige schema is dat door gebruik te maken van de verliesarme lichtgeleiding onder het BIC-mechanisme, het eenkristal LiNbO ₃ laag is vrij van etsen, waardoor SAW's met uniforme akoestische golflengten en een laag akoestisch voortplantingsverlies worden geproduceerd, wat een zeer efficiënte fonon-fotonkoppeling mogelijk maakt. De verkregen sterke fonon-fotonkoppeling kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan op Brillouin-verstrooiing gebaseerde fotonische toepassingen te ontwikkelen, inclusief vertragingslijnen, lichte opslag, microgolf signaalverwerking, Brillouin lasers en versterkers, en niet-wederkerige lichttransmissie. Aanvullend, de reizende akoestische golven hier werden elektrisch opgewonden, veel sterker zijn dan die opgewekt door optische methoden. Door een piëzo-elektrisch materiaal te gebruiken, het is niet nodig om delicate hangende structuren te fabriceren die vergelijkbaar zijn met die in conventionele on-chip gestimuleerde-Brillouin-verstrooiing-gebaseerde apparaten. Daarom, onze gedemonstreerde apparaten zijn veelbelovend in het bereiken van hoge prestaties in op Brillouin-effect gebaseerde toepassingen met een robuustere architectuur.