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Apr 10, 2023

高効率な音響

25 maggio 2022

2022 年 5 月 25 日

中国科学院による

バルク結晶材料に基づく従来の音響光学 (AO) デバイスは、フォトンとフォノンの両方に対するエネルギー閉じ込め能力が弱く、AO 相互作用強度が低くなります。 バルク材料と比較して、フォトニック集積回路 (PIC) では、導波光波を乱すために使用される表面弾性波 (SAW) を薄膜内にうまく閉じ込めることができ、波長スケール内で高いエネルギーの重複を示します。

特に、最も有望な AO 相互作用プラットフォームの 1 つである薄膜ニオブ酸リチウム (TFLN) は、圧電変換と電気光変換における優れた利点により、高性能 AO 変調器の実現に大きな可能性をもたらします。 しかし、低い光機械結合係数によって制限され、弱い AO 変調効率が 5G/6G および新興の量子信号処理アプリケーションにおけるマイクロ波から光への変換のボトルネックの 1 つとなっています。

Light Science & Application に掲載された新しい論文の中で、中国中山大学、広東省南部海洋科学工学研究所、光電子情報処理チップおよびシステムの広東省重点研究所の Zhaohui Li 教授率いる科学者チーム (珠海）、中国、およびその共同研究者である Lei Wan 博士、Zhiqiang Yang 博士らは、半波長電圧長積 VpL が 0.5 に等しい内蔵プッシュプル音響光学変調器を提案し、実証しました。 0.03 V cm、非サスペンション TFLN カルコゲニド ガラス (ChG) ハイブリッド マッハ ツェンダー干渉計導波路プラットフォームに基づく。

この重要な音響光学変調器は、最先端の吊り下げ式音響光学変調器に匹敵する変調効率を示します。 従来のプッシュプルAO変調器と比較して、提案されたデバイスのプロトタイプは、2つのアームを備えたマッハツェンダー干渉計に適用される音波の不適切なエネルギー減衰によって引き起こされる低い変調効率の問題を克服します。 内蔵プッシュプル AO 変調器は、簡素な製造プロセスと高性能変調効率と組み合わせることで、オンチップのマイクロ波光変換デバイスにおいて優れた特性を示すことが期待されます。

貴重な AO 変調性能は、カルコゲニド膜の優れた光弾性特性と、インピーダンス整合したインターデジタル トランスデューサによって励起される非対称レイリー表面弾性波モードの完全な双方向性の関与による恩恵を受けます。 ここで、アモルファスＧｅ２５Ｓｂ１０Ｓ６５膜の光弾性係数は、ｐ１１−ｐ１２−０．２３８と推定される。 TFLN の異方性により XZ 方向が最適な結晶方位とは言えませんが、IDT のインピーダンス整合を合理的に設計することで、マイクロ波から音響への変換効率 96% を実現できます。

デバイスの低消費電力を実証するために、非サスペンドの内蔵プッシュプル AO 変調器を使用してオンオフ変調リンクを構築します。 オンオフ変調された RF 信号は、プッシュプル AO 変調器を介して DC 光搬送波にロードされ、開発されたオンチップ AO 変調器のマイクロ波信号送信能力を明確に示しています。

「重要なコンポーネントとして高効率のオンチップ AO 変調器の開発は、新たな RF 駆動のオンチップ光アイソレータや統合アナログ光コンピューティング デバイスの機会を提供するでしょう」と科学者らは予測しています。

詳しくは： Lei Wan 他、非懸濁薄膜ニオブ酸リチウム - カルコゲニド ハイブリッド導波路を使用した高効率音響光学変調、Light: Science & Applications (2022)。 DOI: 10.1038/s41377-022-00840-6

雑誌情報:光: 科学と応用

中国科学院提供