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Nov 17, 2023

Hocheffiziente Akustik

25. Mai 2022 von

25. Mai 2022

von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Herkömmliche akusto-optische (AO) Geräte, die auf massiven Kristallmaterialien basieren, weisen sowohl für Photonen als auch für Phononen ein schwaches Energieeinschlussvermögen auf, was zu einer geringen AO-Wechselwirkungsstärke führt. Im Vergleich zu Massenmaterialien ermöglichen photonische integrierte Schaltkreise (PICs) eine gute Eingrenzung von akustischen Oberflächenwellen (SAWs) innerhalb des dünnen Films, der zur Störung der geführten Lichtwellen verwendet wird, und weisen eine hohe Energieüberlappung innerhalb der Wellenlängenskala auf.

Als eine der vielversprechendsten AO-Interaktionsplattformen bietet Dünnschicht-Lithiumniobat (TFLN) aufgrund seiner überlegenen Vorteile bei der piezoelektrischen Transduktion und elektrooptischen Umwandlung ein großes Potenzial für die Realisierung leistungsstarker AO-Modulatoren. Allerdings sind schwache AO-Modulationseffizienzen, begrenzt durch die niedrigen optomechanischen Kopplungskoeffizienten, zu einem der Engpässe für die Mikrowellen-zu-optische-Umwandlung in 5G/6G und neuen Quantensignalverarbeitungsanwendungen geworden.

In einem neuen Artikel, der in Light Science & Application veröffentlicht wurde, stellt ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Zhaohui Li vom 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, und seine Mitarbeiter Dr. Lei Wan, Dr 0,03 V cm, basierend auf einer nicht suspendierten TFLN-Chalkogenidglas (ChG)-Hybrid-Mach-Zehnder-Interferometer-Wellenleiterplattform.

Der nicht triviale akusto-optische Modulator bietet eine Modulationseffizienz, die mit der eines hochmodernen hängenden Gegenstücks vergleichbar ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Push-Pull-AO-Modulatoren überwindet der vorgeschlagene Geräteprototyp das Problem der geringen Modulationseffizienz, die durch die unkoordinierte Energiedämpfung akustischer Wellen verursacht wird, die auf das Mach-Zehnder-Interferometer mit zwei Armen angewendet werden. In Kombination mit den einfachen Herstellungsprozessen und der hohen Modulationseffizienz wird erwartet, dass der eingebaute Push-Pull-AO-Modulator hervorragende Eigenschaften in On-Chip-Mikrowellen-zu-Optik-Umwandlungsgeräten zeigt.

Die wertvolle AO-Modulationsleistung profitiert von der überlegenen photoelastischen Eigenschaft der Chalkogenidmembran und der vollständig bidirektionalen Beteiligung des antisymmetrischen Rayleigh-Oberflächenwellenmodus, der durch den impedanzangepassten Interdigitalwandler angeregt wird. Hierin werden die photoelastischen Koeffizienten des amorphen Ge25Sb10S65-Films auf p11 „p12“ 0,238 geschätzt. Obwohl die XZ-Richtung aufgrund der anisotropen Eigenschaft von TFLN möglicherweise nicht die am besten geeignete Kristallorientierung ist, ermöglicht eine sinnvolle Gestaltung der Impedanzanpassung von IDT die Realisierung eines Umwandlungswirkungsgrads von 96 % bei der Mikrowellen-zu-Akustik-Umwandlung.

Um den geringen Stromverbrauch des Geräts zu demonstrieren, bauen wir eine Ein-Aus-Modulationsverbindung mit unserem nicht aufgehängten eingebauten Push-Pull-AO-Modulator auf. Das ein-aus-modulierte HF-Signal wird über den Push-Pull-AO-Modulator auf den optischen Gleichstromträger geladen, was die Mikrowellensignalübertragungsfähigkeit des entwickelten On-Chip-AO-Modulators deutlich demonstriert.

„Die Entwicklung eines hocheffizienten On-Chip-AO-Modulators als Schlüsselkomponente wird Chancen für neue HF-gesteuerte On-Chip-optische Isolatoren und integrierte analoge optische Rechengeräte bieten“, prognostizieren die Wissenschaftler.

Mehr Informationen: Lei Wan et al., Hocheffiziente akusto-optische Modulation unter Verwendung nichtsuspendierter Dünnschicht-Lithiumniobat-Chalkogenid-Hybridwellenleiter, Light: Science & Applications (2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00840-6

Zeitschrifteninformationen:Licht: Wissenschaft und Anwendungen

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften