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利用电光调制器和相变材料电池集成产生铌酸锂薄膜光学图形

时间:2023-06-15 点击量: 1117

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近日,Wolfram H. P. Pernice教授研究团队在《光学物理》上发表论文,介绍了一种基于集成光子技术,用于生成光学模式的芯片信号整形方法。该方法在铌酸锂隔离层上(LNOI)平台上,通过相变材料(PCM)和电光调制器(EOM)的联合集成,实现了利用非挥发性方法进行高带宽信号整形和多自由度重构。该设计采用逆离散傅里叶变换的原理,通过计算等距采样值的傅里叶系数,生成光学模式,并将其转化为器件的物理特性。光学衰减通过PCM的吸收来控制,而傅里叶级数项的相位则通过电光相移器进行编程。


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图1:装置示意图。1.上文提到的装置的示意图。(a)输入光是具有恒定输入的单线激光器。光通过波导导引,并通过分束器分成几个臂。在相应的臂中,光通过移相器和相变材料单元。最后,光被一个多模干涉仪组合起来,产生的图案可以在强度中看到,由几个频率组成。移相器可以通过射频电压进行调制。(b)如(a)项的白色方框所示,一个装置臂的组件。普通值no与极端值ne,LNOI相对于移相器方向的轴由箭头指示。


实验中,采用了砷化物相变材料Ge2Sb2Te5(GST)与LNOI脊波导中的EOM进行集成,通过电子束光刻和氩气蚀刻进行制作。GST单元可以通过光学内平面或外平面以及电热器进行切换,实现可重构的器件。实验结果显示,GST的光学对比度为18 dB,并且傅里叶系数的绝对归一化值可以在不同频率上进行精调。


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图2.(a) LNOI 波导顶部 GST 电池的假彩色 SEM 图像。(b)具有非晶和晶体 GST (12nm)的有效折射率的光学模式剖面。(c) GST 电池在非晶和晶体相中的透射测量。(d)在室温下用矢量电路网络分析仪测量线性噪声干扰(LNOI)上的集成电光调制器的调制带宽。


本文以矩形、三角形和高斯形状的脉冲形状为例,进行了分析计算。结果显示,由于高斯形脉冲形状的最大和最小系数之间的对比度大于矩形或三角形脉冲,模拟曲线与理想曲线之间存在轻微差异。增加波形的采样数可以提高脉冲形状的性能,该设计在N范围为7到15时表现最佳。模拟结果显示,该器件可以通过仅2 GHz的电调制生成皮秒级脉冲,所得的脉冲宽度与基于频率梳的光学自由频谱带发生器生成的脉冲宽度相当。


该文章通过提出的创新集成光子技术方法为光学信号处理领域提供了重要的贡献,用于芯片上的信号整形。它为下一代光学信息处理中的多功能设备的发展铺平了道路,具备生成高度精确的光学模式的能力。通过进一步改善GST单元的光学对比度和在波导顶部实现更长的GST单元,这种提出的技术可以用于实际应用的开发。


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图3. 理论计算的脉冲形状。图3. 理论计算的脉冲形状。在(i) - (iii)中显示了矩形、三角形和高斯形脉冲的理想波形。这些波形以不同的