Dispositivos acústicos-ópticos tradicionais (AO) baseados em materiais de cristal a granel têm habilidades fracas 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 alta sobreposição de 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 na transdução piezoelétrica e na conversão eletro-óptica. No entanto, limitado pelos baixos coeficientes de acoplamento optomecânicos, as fracas eficiências de modulação AO tornaram-se um dos gargalos para a conversão de microondas para óptica em 5G/6G e aplicações emergentes de processamento de sinal quântico.

Em um novo artigo publicado em Light Science &Application , uma equipe de cientistas, liderada pelo professor Zhaohui Li do Laboratório de Chaves Provinciais de Guangdong de Chips e Sistemas de Processamento de Informações Optoeletrônicas, Universidade Sun Yat-sen, China, Laboratório de Engenharia e Ciência Marinha do Sul de Guangdong (Zhuhai), China, e colegas de trabalho Dr. Lei Wan, Dr. Zhiqiang Yang et al, propôs e demonstrou um modulador acústico-óptico push-pull embutido com um produto de comprimento de tensão de meia onda V _p E tão baixo quanto 0,03 V cm, com base em uma plataforma de guia de ondas de interferômetro Mach–Zehnder híbrido não suspenso de vidro TFLN-calcogeneto (ChG).

O modulador acústico-óptico não trivial apresenta uma eficiência de modulação comparável à de uma contraparte suspensa de última geração. Comparado aos 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 micro-ondas para óptico no chip.

O valioso desempenho de modulação AO se beneficia da propriedade fotoelástica superior da membrana calcogenida 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 de Ge₂₅ amorfo Sb₁₀ S₆₅ filme são estimados em p ₁₁ " p ₁₂ " 0,238. Embora a direção XZ possa não ser a orientação cristalina mais adequada devido à característica anisotrópica do TFLN, a engenharia razoável da correspondência de impedância do IDT permite a realização de uma eficiência de conversão de 96% na conversão de microondas para acústico.

Para demonstrar o baixo consumo de energia do dispositivo, construímos um link de modulação liga-desliga 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 do sinal de microondas do modulador AO on-chip desenvolvido.

"O desenvolvimento de um modulador AO on-chip altamente eficiente como um componente-chave oferecerá oportunidades para isoladores ópticos on-chip acionados por RF e dispositivos de computação óptica analógica integrada", prevêem os cientistas. + Explorar mais

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