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Nov 17, 2023

acústico altamente eficiente

25 de maio de 2022 por

25 de maio de 2022

pela Academia Chinesa de Ciências

Dispositivos acusto-ópticos (AO) tradicionais baseados em materiais de cristal a granel têm fraca capacidade de confinamento de energia para fótons e fônons, levando a uma baixa força de interação AO. Em comparação com materiais a granel, os circuitos integrados fotônicos (PICs) permitem que as ondas acústicas de superfície (SAWs) sejam bem confinadas dentro do filme fino usado para perturbar as ondas de luz guiadas, exibindo uma sobreposição de alta energia dentro da escala de comprimento de onda.

Em particular, como uma das plataformas de interação AO mais promissoras, o niobato de lítio de filme fino (TFLN) oferece grande potencial para a realização de moduladores AO de alto desempenho devido às suas vantagens superiores em transdução piezoelétrica e conversão eletro-óptica. No entanto, limitada pelos baixos coeficientes de acoplamento optomecânicos, as fracas eficiências de modulação AO tornaram-se um dos gargalos para a conversão de micro-ondas para óptica em 5G/6G e aplicações emergentes de processamento de sinais quânticos.

Em um novo artigo publicado na Light Science & Application, uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Zhaohui Li, do 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, e colegas de trabalho Dr. Lei Wan, Dr. Zhiqiang Yang et al, propuseram e demonstraram um modulador acústico-óptico push-pull integrado com um produto VpL de comprimento de tensão de meia onda tão baixo quanto 0,03 V cm, com base em uma plataforma de guia de onda de interferômetro Mach-Zehnder híbrida TFLN-calcogeneto (ChG) não suspensa.

O não trivial modulador acústico-óptico apresenta uma eficiência de modulação comparável à de um homólogo suspenso de última geração. Em comparação com os moduladores AO push-pull tradicionais, o protótipo do dispositivo proposto supera o problema da baixa eficiência de modulação induzida pela atenuação de energia incoordenada de ondas acústicas aplicadas ao interferômetro Mach-Zehnder com dois braços. Combinado com os processos de fabricação simples e eficiência de modulação de alto desempenho, espera-se que o modulador AO push-pull embutido mostre excelentes características em dispositivos de conversão de microondas para óptico no chip.

O valioso desempenho da modulação AO se beneficia da propriedade fotoelástica superior da membrana de calcogeneto e da participação completamente bidirecional do modo de onda acústica de superfície Rayleigh antisimétrica excitado pelo transdutor interdigital de impedância combinada. Aqui, os coeficientes fotoelásticos do filme amorfo Ge25Sb10S65 são estimados em p11 "p12" 0,238. Embora a direção XZ possa não ser a orientação de cristal mais adequada devido ao recurso anisotrópico do TFLN, a engenharia razoável da correspondência de impedância do IDT permite a realização de uma eficiência de conversão de 96% na conversão de micro-ondas para acústica.

Para demonstrar o baixo consumo de energia do dispositivo, construímos um link de modulação on-off usando nosso modulador AO push-pull embutido não suspenso. O sinal de RF modulado on-off é carregado na portadora óptica DC através do modulador AO push-pull, demonstrando claramente a capacidade de transmissão de sinal de micro-ondas do modulador AO no chip desenvolvido.

"O desenvolvimento de um modulador AO no chip altamente eficiente como um componente-chave oferecerá oportunidades para isoladores ópticos no chip baseados em RF emergentes e dispositivos de computação ópticos analógicos integrados", preveem os cientistas.

Mais Informações: Lei Wan et al, Modulação acústica-óptica altamente eficiente usando guias de ondas híbridos de niobato-calcogeneto de lítio de filme fino não suspenso, Light: Science & Applications (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00840-6