Modulation acousto-optique hautement efficace à l’aide de guides d’ondes hybrides à couche mince de niobate de lithium et de chalcogénure de lithium non suspendus

Les dispositifs acousto-optiques (AO) traditionnels basés sur des matériaux cristallins massifs ont de faibles capacités de confinement d’énergie pour les photons et les phonons, conduisant à une faible force d’interaction AO. Par rapport aux matériaux en vrac, les circuits intégrés photoniques (PIC) permettent aux ondes acoustiques de surface (SAW) d’être bien confinées dans le film mince utilisé pour perturber les ondes lumineuses guidées, présentant un chevauchement d’énergie élevé dans l’échelle des longueurs d’onde.

En particulier, en tant que l’une des plates-formes d’interaction AO les plus prometteuses, le niobate de lithium à couche mince (TFLN) offre un grand potentiel pour la réalisation de modulateurs AO haute performance en raison de ses avantages supérieurs en transduction piézoélectrique et en conversion électro-optique. Cependant, limités par les faibles coefficients de couplage optomécaniques, les faibles efficacités de modulation AO sont devenues l’un des goulots d’étranglement pour la conversion micro-onde-optique dans la 5G/6G et les applications émergentes de traitement du signal quantique.

Dans un nouvel article publié dans Sciences de la lumière et applicationsune équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Zhaohui Li du Laboratoire clé provincial du Guangdong sur les puces et systèmes de traitement optoélectronique de l’information, Université Sun Yat-sen, Chine, Laboratoire des sciences et de l’ingénierie marines du Sud du Guangdong (Zhuhai), Chine, et ses collègues Dr Lei Wan, le Dr Zhiqiang Yang et al, ont proposé et démontré un modulateur acousto-optique push-pull intégré avec un produit demi-onde-tension-longueur VpL aussi bas que 0,03 V cm , basé sur une plate-forme de guide d’ondes d’interféromètre Mach – Zehnder hybride en verre TFLN-chalcogénure (ChG) non suspendu.

Le modulateur acousto-optique non trivial présente une efficacité de modulation comparable à celle d’un homologue suspendu à la pointe de la technologie. Comparé aux modulateurs AO push-pull traditionnels, le prototype de dispositif proposé surmonte le problème de la faible efficacité de modulation induite par l’atténuation énergétique incoordonnée des ondes acoustiques appliquées à l’interféromètre Mach – Zehnder à deux bras. Combiné aux processus de fabrication simples et à l’efficacité de modulation haute performance, le modulateur AO push-pull intégré devrait présenter d’excellentes caractéristiques dans les dispositifs de conversion micro-onde-optique sur puce.

Les précieuses performances de modulation AO bénéficient de la propriété photoélastique supérieure de la membrane de chalcogénure et de la participation complètement bidirectionnelle du mode d’onde acoustique de surface antisymétrique de Rayleigh excité par le transducteur interdigital à impédance adaptée. Ici, les coefficients photoélastiques du film Ge25Sb10S65 amorphe sont estimés à p11  » p12  » 0,238. Bien que la direction XZ ne soit peut-être pas l’orientation cristalline la plus appropriée en raison de la caractéristique anisotrope du TFLN, l’ingénierie raisonnable de l’adaptation d’impédance de l’IDT permet d’obtenir une efficacité de conversion de 96 % dans la conversion micro-onde-acoustique.

Pour démontrer la faible consommation d’énergie de l’appareil, nous construisons une liaison de modulation marche-arrêt à l’aide de notre modulateur AO push-pull intégré non suspendu. Le signal RF modulé marche-arrêt est chargé sur la porteuse optique CC via le modulateur AO push-pull, démontrant clairement la capacité de transmission du signal micro-ondes du modulateur AO sur puce développé.

« Le développement d’un modulateur AO sur puce hautement efficace en tant que composant clé offrira des opportunités pour les nouveaux isolateurs optiques sur puce pilotés par RF et les dispositifs informatiques optiques analogiques intégrés », prévoient les scientifiques.