Пространство

Jul 02, 2023

4 апреля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

корректура

от Compuscript Ltd.

Интегрированная фотоника делает успехи в обеспечении все большего количества функциональных возможностей на кристалле. Примеры включают обработку информации и вычисления, а также приложения оптического зондирования и измерения дальности. Это стимулировало развитие интегрированных лазерных источников света, которые необходимы для того, чтобы фотонные чипы стали по-настоящему автономными устройствами. Таким образом, внутрикристальная изоляция также становится важной для подавления обратной связи, вредной для их работы.

Невзаимные оптические устройства могут быть реализованы тремя методами: магнитным смещением, оптической нелинейностью и пространственно-временной модуляцией. Магнитное смещение по своей сути является широкополосным, но требует магнитооптических материалов с потерями. Нелинейные невзаимные устройства возможны монолитно в некоторых материалах, однако их работа осложняется зависимостью от входной мощности. И наоборот, изоляторы, использующие пространственно-временную модуляцию, не имеют таких проблем с масштабированием мощности и могут быть легко интегрированы монолитно, особенно на платформах с превосходными электрооптическими характеристиками, таких как ниобат лития на изоляторе (LNOI).

В этом вкладе невзаимная работа достигается за счет использования пространственно-временной модуляции двух каскадных фазовращателей бегущей волны. Микроволновой сигнал, подаваемый на модуляторы и линию задержки, гарантирует, что их влияние на распространяющийся вперед свет нейтрализуется, так что его спектральная характеристика остается неизменной. Однако оптическая мощность, распространяющаяся в обратном направлении, спектрально распределяется по боковым полосам, которые затем подавляются фильтром кольцевого резонатора, обеспечивая оптическую изоляцию на уровне 27 дБ.

Ниобат лития, благодаря своей широкой спектральной прозрачности, высокой мощности и сильным нелинейным, а также электрооптическим свойствам, на протяжении десятилетий оставался основным материалом в нелинейной оптике и волоконно-оптической связи. Относительно недавнее появление тонкопленочного ниобата лития на изоляторе (LNOI), как прямого аналога фотоники кремний на изоляторе, позволило создать волноводы из ниобата лития с жестким ограничением мод, которые также позволяют осуществлять плотно интегрированные в масштабе пластины волноводы. фотоника.

Недавние выдающиеся достижения в области LNOI включают в себя эффективные электрооптические частотные гребенки, а также модуляторы, работающие на уровнях напряжения КМОП, однако долгосрочные перспективы фотоники LNOI обширны и включают полностью интегрированные LiDAR, оптические нейронные сети или устройства обработки радиочастотных сигналов. немного. Ключевыми предпосылками для таких разработок являются новые методы гетерогенной интеграции внутрикристальных источников когерентного света, которые необходимо изолировать от обратной связи от остальной части схемы, чтобы обеспечить их стабильную работу.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа выдающегося профессора Арнана Митчелла из университета RMIT реализовала интегрированные изоляторы на волноводной платформе LNOI. Результаты опубликованы в журнале Opto-Electronic Science.

Их устройство, изображенное на микрофотографии рисунка 1 (а), было изготовлено с использованием волновода с нагруженным LNOI, в котором контраст показателя преломления для ограничения света достигается не путем травления ниобата лития, а путем обработки нанесенного слоя нитрида кремния. поверх пластины LNOI. Конструкция изолятора основана на подходе тандемного модулятора, в котором две идентичные секции фазового модулятора бегущей волны соединены последовательно и разделены контурной линией задержки. Модуляторы работают на одной и той же частоте гармонического сигнала, но со сдвигом по фазе, так что для света, распространяющегося вперед, два модулятора противодействуют друг другу, а несущая длина волны 1550 нм выходит из устройства без изменений.