Новости

Nov 17, 2023

Высокоэффективная акустика

25 мая 2022 г. по

25 мая 2022 г.

Китайской академии наук

Традиционные акустооптические (АО) устройства на основе объемных кристаллических материалов обладают слабой способностью удержания энергии как для фотонов, так и для фононов, что приводит к низкой силе АО-взаимодействия. По сравнению с объемными материалами фотонные интегральные схемы (ПОС) позволяют поверхностным акустическим волнам (ПАВ) хорошо ограничиваться внутри тонкой пленки, используемой для возмущения направленных световых волн, демонстрируя высокое перекрытие энергии в пределах шкалы длин волн.

В частности, как одна из наиболее многообещающих платформ АО-взаимодействия, тонкопленочный ниобат лития (TFLN) обеспечивает большой потенциал для реализации высокопроизводительных АО-модуляторов благодаря своим превосходным преимуществам в пьезоэлектрическом преобразовании и электрооптическом преобразовании. Однако низкая эффективность АО-модуляции, ограниченная низкими коэффициентами оптомеханической связи, стала одним из узких мест для микроволнового преобразования в оптическое в 5G/6G и новых приложениях квантовой обработки сигналов.

В новой статье, опубликованной в журнале Light Science & Application, группа ученых под руководством профессора Чжаохуэй Ли из Ключевой лаборатории чипов и систем оптоэлектронной обработки информации провинции Гуандун, Университет Сунь Ятсена, Китай, Лаборатория южной морской науки и инженерии Гуандуна ( Чжухай), Китай, и его коллеги д-р Лэй Ван, д-р Чжицян Ян и др. предложили и продемонстрировали встроенный двухтактный акустооптический модулятор с полуволновым произведением напряжения VpL, составляющим всего лишь 0,03 В см, на основе неподвешенной волноводной платформы гибридного интерферометра Маха – Цендера TFLN-халькогенидное стекло (ХГ).

Нетривиальный акустооптический модулятор обеспечивает эффективность модуляции, сравнимую с эффективностью современного подвесного аналога. По сравнению с традиционными двухтактными АО-модуляторами предлагаемый прототип устройства решает проблему низкой эффективности модуляции, вызванную некоординированным энергетическим затуханием акустических волн, применяемых к интерферометру Маха-Цендера с двумя плечами. Ожидается, что в сочетании с простым процессом изготовления и высокой эффективностью модуляции встроенный двухтактный АО-модулятор покажет превосходные характеристики во встроенных устройствах преобразования микроволнового излучения в оптическое.

Ценные характеристики АО-модуляции выигрывают от превосходных фотоэластичных свойств халькогенидной мембраны и полностью двунаправленного участия антисимметричной моды поверхностной акустической волны Рэлея, возбуждаемой встречно-штыревым преобразователем с согласованным импедансом. Здесь коэффициенты фотоупругости аморфной пленки Ge25Sb10S65 оценены как p11 " p12 " 0,238. Хотя направление XZ может быть не самой подходящей ориентацией кристалла из-за анизотропных свойств TFLN, разумное проектирование согласования импедансов IDT позволяет реализовать эффективность преобразования 96% при преобразовании микроволнового сигнала в акустический.

Чтобы продемонстрировать низкое энергопотребление устройства, мы построили двухпозиционную линию модуляции, используя наш встроенный двухтактный АО-модулятор без подвеса. Двухтактный модулированный радиочастотный сигнал загружается на оптическую несущую постоянного тока через двухтактный АО-модулятор, что наглядно демонстрирует возможность передачи микроволнового сигнала разработанного встроенного АО-модулятора.

«Разработка высокоэффективного встроенного АО-модулятора в качестве ключевого компонента откроет возможности для новых ВЧ-управляемых встроенных оптических изоляторов и интегрированных аналоговых оптических вычислительных устройств», — прогнозируют ученые.

Больше информации: Лей Ван и др., Высокоэффективная акустооптическая модуляция с использованием неподвешенных тонкопленочных гибридных волноводов из ниобата и халькогенида лития, Свет: наука и приложения (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00840-6