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Nov 17, 2023

고효율 음향

2022년 5월 25일

2022년 5월 25일

중국과학원 제공

벌크 결정 물질을 기반으로 하는 기존의 음향광학(AO) 장치는 광자와 포논 모두에 대한 에너지 제한 능력이 약하여 AO 상호 작용 강도가 낮습니다. 벌크 재료와 비교하여 광자 집적 회로(PIC)는 유도된 광파를 방해하는 데 사용되는 박막 내에 표면 탄성파(SAW)를 잘 가두어 파장 규모 내에서 높은 에너지 중첩을 나타냅니다.

특히, 가장 유망한 AO 상호 작용 플랫폼 중 하나인 TFLN(Thin Film Lithium Niobate)은 압전 변환 및 전기 광학 변환의 탁월한 장점으로 인해 고성능 AO 변조기 구현에 큰 잠재력을 제공합니다. 그러나 낮은 광기계적 결합 계수로 인해 제한되는 약한 AO 변조 효율은 5G/6G 및 새로운 양자 신호 처리 응용 분야에서 마이크로파-광 변환의 병목 현상 중 하나가 되었습니다.

중국 쑨원대학교 광동성 광전자 정보 처리 칩 및 시스템 핵심 연구소의 Zhaohui Li 교수가 이끄는 과학자 팀이 Light Science & Application에 발표한 새 논문에서 남부 해양 과학 및 공학 광동 연구소( Zhuhai), 중국 및 동료 Dr. Lei Wan, Dr. Zhiqiang Yang 등은 반파장 전압 길이 곱 VpL을 갖는 내장형 푸시풀 음향 광학 변조기를 제안하고 시연했습니다. 0.03 V cm - 부유형 TFLN-칼코게나이드 유리(ChG) 하이브리드 Mach-Zehnder 간섭계 도파관 플랫폼을 기반으로 합니다.

중요한 음향 광학 변조기는 최첨단 정지형 변조기와 비교할 수 있는 변조 효율을 제공합니다. 기존의 푸시풀 AO 변조기와 비교하여 제안된 장치 프로토타입은 두 개의 암을 사용하여 Mach-Zehnder 간섭계에 적용되는 음파의 부조화한 에너지 감쇠로 인해 발생하는 낮은 변조 효율 문제를 극복합니다. 내장형 푸시풀 AO 변조기는 간단한 제조 공정과 고성능 변조 효율이 결합되어 온칩 마이크로파-광 변환 장치에서 우수한 특성을 나타낼 것으로 예상됩니다.

귀중한 AO 변조 성능은 칼코게나이드 막의 우수한 광탄성 특성과 임피던스 정합 인터디지털 변환기에 의해 자극된 반대칭 레일리 표면 탄성파 모드의 완전한 양방향 참여로 인해 이점을 얻습니다. 여기서, 비정질 Ge25Sb10S65막의 광탄성계수는 p11"p12" 0.238로 추정된다. TFLN의 이방성 특성으로 인해 XZ 방향이 가장 적합한 결정 방향이 아닐 수 있지만 IDT의 임피던스 매칭을 합리적으로 엔지니어링하면 마이크로파에서 음향으로의 변환에서 96%의 변환 효율을 실현할 수 있습니다.

장치의 낮은 전력 소비를 입증하기 위해 일시 ​​중단되지 않은 내장 푸시풀 AO 변조기를 사용하여 온-오프 변조 링크를 구성합니다. 온-오프 변조된 RF 신호는 푸시풀 AO 변조기를 통해 DC 광 캐리어에 로드되며, 이는 개발된 온칩 AO 변조기의 마이크로파 신호 전송 기능을 명확하게 보여줍니다.

과학자들은 "핵심 구성요소로서 매우 효율적인 온칩 AO 변조기의 개발은 신흥 RF 구동 온칩 광 아이솔레이터 및 통합 아날로그 광 컴퓨팅 장치에 대한 기회를 제공할 것"이라고 예측했습니다.

추가 정보: Lei Wan 외, 비부유형 박막 리튬 니오베이트-칼코게나이드 하이브리드 도파관을 사용한 고효율 음향 광학 변조, 빛: 과학 및 응용(2022). DOI: 10.1038/s41377-022-00840-6