Los dispositivos acústico-ópticos (AO) tradicionales basados ​​en materiales de cristal a granel tienen capacidades débiles de confinamiento de energía tanto para fotones como para fonones, lo que lleva a una fuerza de interacción de AO baja. En comparación con los materiales a granel, los circuitos fotónicos integrados (PIC) permiten que las ondas acústicas superficiales (SAW) estén bien confinadas dentro de la película delgada utilizada para perturbar las ondas de luz guiadas, exhibiendo una superposición de alta energía dentro de la escala de longitud de onda.

En particular, como una de las plataformas de interacción AO más prometedoras, el niobato de litio de película delgada (TFLN) ofrece un gran potencial para la realización de moduladores AO de alto rendimiento debido a sus ventajas superiores en la transducción piezoeléctrica y la conversión electroóptica. Sin embargo, limitadas por los bajos coeficientes de acoplamiento optomecánico, las débiles eficiencias de modulación de AO se han convertido en uno de los cuellos de botella para la conversión de microondas a óptica en 5G/6G y aplicaciones emergentes de procesamiento de señales cuánticas.

En un nuevo artículo publicado en Light Science &Application , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Zhaohui Li del Laboratorio Provincial Clave de Chips y Sistemas de Procesamiento de Información Optoelectrónica de Guangdong, la Universidad Sun Yat-sen, China, el Laboratorio de Ingeniería y Ciencias Marinas del Sur de Guangdong (Zhuhai), China, y los colaboradores Dr. Lei Wan, el Dr. Zhiqiang Yang y otros, propusieron y demostraron un modulador acústico-óptico push-pull incorporado con un producto V de longitud de voltaje de media onda _p L tan bajo como 0,03 V cm, basado en una plataforma de guía de ondas de interferómetro híbrido Mach-Zehnder de TFLN-vidrio de calcogenuro (ChG) no suspendido.

El modulador acústico-óptico no trivial presenta una eficiencia de modulación comparable a la de una contraparte suspendida de última generación. En comparación con los moduladores AO push-pull tradicionales, el prototipo de dispositivo propuesto supera el problema de la baja eficiencia de modulación inducida por la atenuación de energía descoordinada de las ondas acústicas aplicadas al interferómetro Mach-Zehnder con dos brazos. En combinación con los procesos de fabricación simples y la eficiencia de modulación de alto rendimiento, se espera que el modulador AO push-pull incorporado muestre excelentes características en dispositivos de conversión de microondas a óptico en chip.

El valioso rendimiento de la modulación de AO se beneficia de la propiedad fotoelástica superior de la membrana de calcogenuro y la participación completamente bidireccional del modo de onda acústica de la superficie de Rayleigh antisimétrica excitado por el transductor interdigital de impedancia adaptada. Aquí, los coeficientes fotoelásticos de Ge₂₅ amorfo Sb₁₀ S₆₅ se estima que la película es p ₁₁ " p ₁₂ " 0.238. Aunque la dirección XZ puede no ser la orientación de cristal más adecuada debido a la característica anisotrópica de TFLN, la ingeniería razonable de la adaptación de impedancia de IDT permite lograr una eficiencia de conversión del 96 % en la conversión de microondas a acústica.

Para demostrar el bajo consumo de energía del dispositivo, construimos un enlace de modulación de encendido y apagado utilizando nuestro modulador AO push-pull incorporado no suspendido. La señal de RF modulada de encendido y apagado se carga en la portadora óptica de CC a través del modulador AO push-pull, lo que demuestra claramente la capacidad de transmisión de señales de microondas del modulador AO en chip desarrollado.

"El desarrollo de un modulador AO en chip altamente eficiente como componente clave ofrecerá oportunidades para aisladores ópticos en chip impulsados ​​por RF emergentes y dispositivos informáticos ópticos analógicos integrados", pronostican los científicos. + Explora más

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