(a) Esquema de todo el dispositivo. (b) Sección transversal de la guía de ondas que soporta el modo BIC fotónico. (C, d) Campo eléctrico | E | perfiles del modo límite TM (c) y un modo continuo TE (d) apoyado por la guía de ondas en (b). El modo BIC fotónico se refiere al modo limitado de TM (c) que, bajo ciertas condiciones, no interactúa con los modos continuos de TE (d) y, por lo tanto, experimenta una pérdida de propagación cero en la guía de ondas en (b). (e) Factor de calidad óptica intrínseca simulado y medido de la resonancia de la cavidad en función de la anchura w de la guía de ondas. (f) Ilustración de un SAW que se propaga a través de una guía de ondas BIC y una guía de ondas grabada. La guía de ondas grabada provoca la reflexión y la dispersión del SAW incidente, pero la guía de ondas BIC no. Crédito:por Zejie Yu y Xiankai Sun
La aplicación de estados ligados en el continuo (BIC) en circuitos integrados fotónicos permite la guía y el enrutamiento de la luz de baja pérdida en guías de ondas de índice de refracción bajo en sustratos de índice de refracción alto. Aquí, Demostramos microcavidades integradas de niobato de litio de alta calidad con BIC circulantes y además modulamos acústicamente y ópticamente estos BIC mediante ondas acústicas de superficie. El acoplamiento acústico-óptico está bien situado en el régimen de banda lateral resuelta, lo que conduce a un acoplamiento coherente entre los fotones ópticos y de microondas, como se muestra por la transparencia y absorción observadas inducidas electroacustoópticamente.
Aprovechar los estados enlazados en el continuo (BIC) en los circuitos integrados fotónicos (PIC) permite una guía de luz de baja pérdida y un enrutamiento con una guía de ondas de índice de refracción bajo en un sustrato de índice de refracción alto. Los PIC que operan bajo el principio BIC no requieren patrones de micro o nanoestructuras en el material fotónico funcional. Sin el estricto requisito de grabado de alta calidad, Muchos materiales monocristalinos que exhiben excelentes funcionalidades ópticas a granel ahora pueden introducirse en la plataforma fotónica integrada.
La acústico-óptica implica el estudio de las interacciones fonón-fotón basadas en cambios en el índice de refracción de un medio debido a la presencia de ondas acústicas en ese medio. Las ondas acústicas de superficie (SAW) que se propagan en las superficies de un material piezoeléctrico de película delgada pueden confinarse dentro de un espesor menor que la longitud de onda acústica, produciendo fonones con una densidad muy alta en la región cercana a la superficie. La pequeña zona modal acústica, que es comparable al área modal óptica, da como resultado una gran superposición entre los dos modos en las guías de ondas fotónicas. Por lo tanto, Los SAW se pueden utilizar para lograr fuertes interacciones acústico-ópticas en dispositivos nanofotónicos.
Niobato de litio (LiNbO 3 ) es una plataforma ideal para la investigación de interacciones fonón-fotón porque tiene grandes coeficientes piezoeléctricos y es ópticamente transparente en un amplio rango de longitudes de onda. Puede usarse para generar SAW de manera eficiente y soportar cavidades fotónicas con factores de alta calidad. Como los PIC que operan bajo el mecanismo BIC permiten una selección flexible de materiales piezoeléctricos, LiNbO 3 se puede adoptar para fabricar microcavidades fotónicas de alta calidad en un chip sin necesidad de grabado.
(a, b) Espectros S21 medidos para dispositivos con período de dedo de transductor interdigital SAW Λ =2w (a) y Λ =2w / 3 (b). (c) Ilustración del proceso de mezcla de tres ondas de la luz de control (ωc), luz de la sonda (ωp), y SAW (ΩSAW). La frecuencia de resonancia de la cavidad es ω0 con una tasa de desintegración de κ. (d) Espectros de transmisión normalizados medidos de la luz de la sonda, mostrando las características de la transparencia y absorción inducidas electroacustoópticamente Crédito:Zejie Yu y Xiankai Sun
En un nuevo artículo publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , investigadores de la Universidad China de Hong Kong demostraron una microcavidad fotónica de alta calidad basada en el mecanismo BIC, que se integró con un transductor interdigital SAW monolíticamente en una capa fina de LiNbO 3 -Plataforma sobre aislante. La cavidad se construyó simplemente modelando guías de ondas de bajo índice de refracción en el LiNbO de alto índice de refracción. 3 sustrato sin enfrentar el desafío del grabado de alta calidad de LiNbO 3 .
Los dispositivos se fabricaron en un LiNbO de 400 nm. 3 oblea sobre aislante con un enfoque de nanofabricación de arriba hacia abajo estándar. Se midieron las resonancias ópticas de la microcavidad de la pista de carreras fabricada, con el factor de calidad óptica intrínseca más alto que alcanza ~ 500, 000. Se demostró por primera vez la modulación acústico-óptica de los modos BIC de resonancia de la cavidad, con la frecuencia de modulación superior a 4 GHz. La combinación de la alta frecuencia del SAW y el ancho de línea sub-GHz de la resonancia de la cavidad permite el acoplamiento acústico-óptico en el régimen de banda lateral resuelta, produciendo un acoplamiento coherente entre microondas y fotones ópticos, como lo demuestra la transparencia y absorción inducidas electroacustoópticamente observadas.
La característica única y la principal ventaja del presente esquema es que al aprovechar la guía de luz de baja pérdida bajo el mecanismo BIC, el LiNbO monocristalino 3 capa está libre de aguafuerte, produciendo así SAWs de longitudes de onda acústicas uniformes y baja pérdida de propagación acústica, lo que facilita un acoplamiento fonón-fotón altamente eficiente. El fuerte acoplamiento fonón-fotón obtenido se puede aprovechar para desarrollar una amplia gama de aplicaciones fotónicas basadas en la dispersión de Brillouin, incluidas las líneas de retraso, almacenamiento de luz, procesamiento de señales de microondas, Láseres y amplificadores Brillouin, y transmisión de luz no recíproca. Adicionalmente, las ondas acústicas viajeras aquí estaban excitadas eléctricamente, siendo mucho más fuertes que los excitados por métodos ópticos. Al utilizar un material piezoeléctrico, No es necesario fabricar delicadas estructuras suspendidas similares a las de los dispositivos convencionales basados en la dispersión de Brillouin estimulada en chip. Por lo tanto, Nuestros dispositivos demostrados prometen lograr un alto rendimiento en aplicaciones basadas en el efecto Brillouin con una arquitectura más robusta.
