Traditionele akoesto-optische (AO) apparaten op basis van bulkkristalmaterialen hebben een zwakke energiebeperking voor zowel fotonen als fononen, wat leidt tot een lage AO-interactiesterkte. In vergelijking met bulkmaterialen zorgen fotonische geïntegreerde schakelingen (PIC's) ervoor dat akoestische oppervlaktegolven (SAW's) goed worden opgesloten in de dunne film die wordt gebruikt om de geleide lichtgolven te verstoren, met een hoge energie-overlap binnen de golflengteschaal.

In het bijzonder, als een van de meest veelbelovende AO-interactieplatforms, biedt dunne-film lithiumniobaat (TFLN) een groot potentieel voor de realisatie van hoogwaardige AO-modulatoren vanwege de superieure voordelen in piëzo-elektrische transductie en elektro-optische conversie. Echter, beperkt door de lage optomechanische koppelingscoëfficiënten, zijn zwakke AO-modulatie-efficiënties een van de knelpunten geworden voor microgolf-naar-optische conversie in 5G/6G en opkomende kwantumsignaalverwerkingstoepassingen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light Science &Application , een team van wetenschappers, geleid door professor Zhaohui Li van Guangdong Provincial Key Laboratory of Optoelectronic Information Processing Chips and Systems, Sun Yat-sen University, China, Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), China, en collega's Dr Lei Wan, Dr. Zhiqiang Yang et al, hebben een ingebouwde push-pull akoesto-optische modulator voorgesteld en gedemonstreerd met een product met een halve golfvoltage-lengte V _p L zo laag als 0,03 V cm, gebaseerd op een niet-gesuspendeerd TFLN-chalcogenideglas (ChG) hybride Mach-Zehnder interferometer-golfgeleiderplatform.

De niet-triviale akoesto-optische modulator biedt een modulatie-efficiëntie die vergelijkbaar is met die van een state-of-the-art hangende tegenhanger. Vergeleken met de traditionele push-pull AO-modulators, overwint het voorgestelde prototype van het apparaat het probleem van lage modulatie-efficiëntie die wordt veroorzaakt door de ongecoördineerde energieverzwakking van akoestische golven die met twee armen op de Mach-Zehnder-interferometer worden toegepast. In combinatie met de eenvoudige fabricageprocessen en hoogwaardige modulatie-efficiëntie, wordt verwacht dat de ingebouwde push-pull AO-modulator uitstekende eigenschappen zal vertonen in on-chip microgolf-naar-optische conversie-apparaten.

De waardevolle AO-modulatieprestaties profiteren van de superieure foto-elastische eigenschap van het chalcogenidemembraan en de volledig bidirectionele deelname van de antisymmetrische Rayleigh-akoestische oppervlaktegolfmodus die wordt opgewekt door de op impedantie afgestemde interdigitale transducer. Hierin zijn de foto-elastische coëfficiënten van amorf Ge₂₅ Sb₁₀ S₆₅ film wordt geschat op p ₁₁ " p ₁₂ " 0.238. Hoewel de XZ-richting misschien niet de meest geschikte kristaloriëntatie is vanwege het anisotrope kenmerk van TFLN, maakt redelijke engineering van de impedantie-aanpassing van IDT het mogelijk om een ​​conversie-efficiëntie van 96% te realiseren in de microgolf-naar-akoestische conversie.

Om het lage stroomverbruik van het apparaat te demonstreren, bouwen we een aan-uit-modulatielink met behulp van onze niet-opgeschorte ingebouwde push-pull AO-modulator. Het aan-uit gemoduleerde RF-signaal wordt via de push-pull AO-modulator op de DC-optische drager geladen, wat duidelijk de microgolfsignaaltransmissiecapaciteit van de ontwikkelde on-chip AO-modulator aantoont.

"De ontwikkeling van een zeer efficiënte on-chip AO-modulator als een belangrijk onderdeel zal kansen bieden voor opkomende RF-gestuurde optische isolatoren op de chip en geïntegreerde analoge optische computerapparatuur", voorspellen de wetenschappers. + Verder verkennen

Siliciumcarbide modulator overwint decennia lang 'ontbrekend blok'