Notizia

Nov 17, 2023

Acustico altamente efficiente

May 25, 2022 by

25 maggio 2022

dall'Accademia Cinese delle Scienze

I tradizionali dispositivi acusto-ottici (AO) basati su materiali cristallini sfusi hanno deboli capacità di confinamento energetico sia per i fotoni che per i fononi, portando a una bassa forza di interazione AO. Rispetto ai materiali sfusi, i circuiti integrati fotonici (PIC) consentono alle onde acustiche superficiali (SAW) di essere ben confinate all'interno della pellicola sottile utilizzata per disturbare le onde luminose guidate, mostrando un'elevata sovrapposizione di energia all'interno della scala della lunghezza d'onda.

In particolare, essendo una delle piattaforme di interazione AO ​​più promettenti, il niobato di litio a film sottile (TFLN) offre un grande potenziale per la realizzazione di modulatori AO ad alte prestazioni grazie ai suoi vantaggi superiori nella trasduzione piezoelettrica e nella conversione elettro-ottica. Tuttavia, limitate dai bassi coefficienti di accoppiamento optomeccanico, le deboli efficienze di modulazione AO ​​sono diventate uno dei colli di bottiglia per la conversione da microonde a ottica nel 5G/6G e nelle applicazioni emergenti di elaborazione del segnale quantistico.

In un nuovo articolo pubblicato su Light Science & Application, un team di scienziati, guidato dal professor Zhaohui Li del Guangdong Provincial Key Laboratory of Optoelectronic Information Processing Chips and Systems, Sun Yat-sen University, Cina, Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory ( Zhuhai), Cina, e i colleghi Dr. Lei Wan, Dr. Zhiqiang Yang et al, hanno proposto e dimostrato un modulatore acusto-ottico push-pull incorporato con un prodotto di lunghezza di tensione a semionda VpL a partire da 0,03 V cm, basato su una piattaforma di guida d'onda interferometro Mach-Zehnder ibrida TFLN-vetro calcogenuro (ChG) non sospesa.

Il modulatore acusto-ottico non banale presenta un'efficienza di modulazione paragonabile a quella di una controparte sospesa di ultima generazione. Rispetto ai tradizionali modulatori AO push-pull, il prototipo del dispositivo proposto supera il problema della bassa efficienza di modulazione indotta dall'attenuazione energetica incoordinata delle onde acustiche applicata all'interferometro di Mach-Zehnder a due bracci. In combinazione con i semplici processi di fabbricazione e l'efficienza di modulazione ad alte prestazioni, si prevede che il modulatore AO push-pull integrato mostrerà caratteristiche eccellenti nei dispositivi di conversione da microonde a ottico su chip.

Le preziose prestazioni di modulazione AO ​​beneficiano della proprietà fotoelastica superiore della membrana calcogenuro e della partecipazione completamente bidirezionale della modalità di onda acustica superficiale antisimmetrica di Rayleigh eccitata dal trasduttore interdigitale con adattamento di impedenza. In questo caso, i coefficienti fotoelastici del film amorfo Ge25Sb10S65 sono stimati essere p11 " p12 " 0,238. Sebbene la direzione XZ possa non essere l'orientamento del cristallo più adatto a causa della caratteristica anisotropa di TFLN, una ragionevole progettazione dell'adattamento di impedenza di IDT consente di realizzare un'efficienza di conversione del 96% nella conversione da microonde ad acustica.

Per dimostrare il basso consumo energetico del dispositivo, costruiamo un collegamento di modulazione on-off utilizzando il nostro modulatore AO push-pull integrato non sospeso. Il segnale RF modulato on-off viene caricato sulla portante ottica CC tramite il modulatore AO push-pull, dimostrando chiaramente la capacità di trasmissione del segnale a microonde del modulatore AO su chip sviluppato.

"Lo sviluppo di un modulatore AO su chip altamente efficiente come componente chiave offrirà opportunità per isolatori ottici su chip emergenti guidati da RF e dispositivi di calcolo ottico analogico integrati", prevedono gli scienziati.

Maggiori informazioni: Lei Wan et al, Modulazione acusto-ottica altamente efficiente utilizzando guide d'onda ibride di niobato-calcogenuro di litio a film sottile non sospese, Light: Science & Applications (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00840-6