Das Team entwickelt eine Möglichkeit, ein elektrooptisches Modulatorgerät in die Endflächen eines Singlemode-Glasfaser-Jumpers zu integrieren

Elektrooptische Modulatoren (EOMs) sind zentrale Elemente in optischen Kommunikationsnetzen, die die Amplitude, Phase und Polarisation eines Lichts über externe elektrische Signale steuern. Mit dem Ziel, ultrakompakte und leistungsstarke EOMs zu realisieren, zielen die meisten Untersuchungen heutzutage auf On-Chip-Geräte ab, die Halbleitertechnologien mit hochmodernen abstimmbaren Materialien kombinieren. Dennoch sind integrierte EOMs als unabhängige On-Chip-Elemente üblicherweise von Lichtquellen getrennt.

Daher sind zusätzliche Schnittstellen, die das Licht von Lichtquellen an die Wellenleiter von On-Chip-Geräten koppeln, unverzichtbar. Obwohl hochmoderne Kopplungsschemata einschließlich Kantenkopplung und Gitterkopplung eingesetzt wurden, leiden sie immer noch unter begrenzten Integrationsdichten bzw. Schmalbandoperationen.

Darüber hinaus erfordern beide Kopplungsschemata hochpräzise Ausrichtungen und komplexe Kapselungen, was On-Chip-Geräte für Kunden teuer macht. Daher wird ein EOM-Gerät benötigt, das die Kopplungskomplexität umgeht und Kopplungsverluste weiter reduziert.

In einem neuen Artikel veröffentlicht in Licht: Wissenschaft und Anwendungenhat ein Team von Wissenschaftlern Methoden entwickelt, die EOM-Geräte direkt auf der Seite von Singlemode-Glasfaserbrücken integrieren und EOM-Geräte über Standardschnittstellen von Lichtwellenleitern mit Lichtquellen verbinden.

„Dank der in unserer vorherigen Arbeit entwickelten Standard-Nanofabrikationsmethoden kann der EOM-Block direkt in die Spitzen von Singlemode-Lichtwellenleitern integriert werden, sodass die Metafaser-EOMs die Kopplungsbehandlung grundsätzlich vermeiden“, sagte Prof. Min Qiu.

Solche plasmonischen Metafaser-EOMs weisen eine genau definierte plasmonisch-organische Hybridkonfiguration auf. Dank ultradünner plasmonischer Metaoberflächen mit hohem Qualitätsfaktor, nanofabrikationsfreundlichen und hocheffizienten EO-Polymeren werden die spektrale Amplitude und der Qualitätsfaktor des durchgelassenen Lichts gut kontrolliert, um die Resonanzempfindlichkeit für die EO-Modulation zu fördern.

„Noch interessanter: von rational[ly] Durch die Gestaltung der plasmonischen Moden, resonanten Wellenleitermoden und Fabry-Perot-Moden können abstimmbare Dualband-Operationen im Telekommunikations-O-Band und -S-Band erreicht werden“, fügten die Co-Erstautoren Lei Zhang und Xinyu Sun hinzu.

Die Metafaser-EOMs wurden außerdem durch elektrische Gleich-/Wechselstromsignale angetrieben. Die Modulationsgeschwindigkeit von Metafaser-EOM kann bis zu 1000 MHz bei einer Vorspannung von ±9 V erreichen, was die beste Leistung für konzentrierte EOMs mit integrierter Faser darstellt.

„Solche Metafaser-EOMs bieten neue Perspektiven für das Design [a] Ultrakompaktes und leistungsstarkes EO-Gerät für Anwendungen, bei denen eine kompakte Konfiguration, hochintegrierte Leistungsfähigkeit und geringer Kopplungsverlust erforderlich sind, wie z. B. in aktiven modengekoppelten Faserlasern und abstimmbaren Breitband-Faserpolarisatoren. „Diese Arbeit bietet auch einen Weg für ‚Plug-and-Play‘-Implementierungen von EO-Geräten und ultrakompakten ‚All-in-Fibers‘-Optiksystemen für Kommunikation, Bildgebung, Sensorik und viele andere“, fügte Prof. Jiyong Wang hinzu.