A Polarization-insensitive and High-speed Electro-optic Switch Based on a Hybrid Silicon and Lithium Niobate Platform
我们提出并展示了一种偏振不敏感和高速光开关单元的硅和锂的混合集成平台的基础上。所提出的器件具有亚纳秒开关时间,4.97 V的低驱动电压,和低功耗,由于静电操作。测得的偏振相关损耗低于0.8 dB。所展示的光开关可以作为偏振不敏感和高速光矩阵开关的构建模块。
2019-05-07 physics.app-ph physics.optics
Efficient Electro-optical Tuning of Optical Frequency Microcomb on a Monolithically Integrated High-Q Lithium Niobate Microdisk
我们展示了一个单片集成的锂酸盐微盘(LN)光频微梳的有效调谐。利用高光学质量(Q)因子(即,Q~7.1*10^6),在低至20.4 mW的泵浦功率下,微梳的光谱带宽跨越~200 nm。结合LN的大电光系数和微电极几何形状的优化设计,我们展示了光谱范围为400 pm和调谐效率为~38 pm/100 V的梳的电光调谐。
2019-09-01 physics.app-ph physics.optics
High-production-rate fabrication of low-loss lithium niobate electro-optic modulators using photolithography assisted chemo-mechanical etching (PLACE)
宽带宽、低插入损耗、低成本和高生产率的集成薄膜锂酸盐(LN)电光(EO)调制器是当代互连工业和破坏性应用中的基本要素。在这里,我们展示了一个高性能的薄膜LN电光调制器的设计和制造使用光刻辅助化学机械蚀刻(PLACE)技术。我们的器件具有超过50 GHz的3 dB带宽,以及相当低的半波电压长度积2.16 Vcm。我们获得了2.6 dB的光纤到光纤的插入损耗。
2022-01-26 physics.app-ph physics.optics
High-efficiency electro-optic modulator on thin-film lithium niobate with high-permittivity cladding
本文提出在薄膜铌酸锂调制器中引入高介电常数包层以增强电场与光场重叠,实现了1.41 V·cm半波电压-长度乘积、0.5 dB附加损耗和超过40 GHz带宽,为迄今宽带铌酸锂调制器最高调制效率。
2023-04-14 physics.app-ph physics.optics
Integrated lithium niobate intensity modulator on a silicon handle with slow-wave electrodes
分段或慢波电极已成为一种折射率匹配解决方案,以提高行波马赫曾德尔和绝缘体平台上的薄膜钛酸锂相位调制器的带宽。然而,这些装置需要使用石英手柄或衬底移除,从而增加成本和额外的处理。在这项工作中,高速双输出电光强度调制器的薄膜氮化硅和锂的材料系统,使用分段电极的RF和光学折射率匹配。该器件使用硅手柄,不需要去除衬底。硅柄允许使用较大的晶片尺寸以提高产量,并且使其本身适合于在可能不具有处理石英或熔融石英晶片的能力的已建立的硅铸造厂中进行处理。该调制器具有10 mm的相互作用区域,示出了3.75 V的DC半波电压,与先前的工作一致的大约45 dB的超高消光比,以及具有95 GHz 3 dB带宽的7.47 dB的光纤到光纤插入损耗。
2022-07-06 physics.app-ph physics.optics
An integrated lithium-niobate electro-optic platform for spectrally tailored dual-comb spectroscopy
芯片上的高分辨率宽光谱带宽光谱仪将为气相分子指纹识别创造新的机会,特别是在环境传感方面。分辨率高到足以在大气压下观察跃迁,同时灵敏地检测多个原子或分子是关键的挑战。在这里,基于电光微镜的双梳干涉仪,在低损耗的锂-绝缘体上的纳米光子平台上制造,展示了朝着这一成就的重大进展。光谱跨越1.6太赫兹(53厘米-1),分辨率为10 GHz(0.33厘米-1),在一个单一的测量,而不需要频率扫描或移动部件。该系统的频率捷变使得能够进行频谱定制的多路复用感测,这允许询问非相邻的频谱区域,在此间隔6.6 THz(220 cm-1),而不损害信噪比。
2020-03-11 physics.app-ph physics.optics
An electro-optically tunable microring laser monolithically integrated on lithium niobate on insulator
我们展示了一个电光(EO)可调谐的微型激光器的单片集成在绝缘体上的锂氧化物(LNOI)平台。该器件采用光刻辅助化学机械刻蚀(PLACE)方法制作,泵浦激光器通过安装在掺铒铌酸锂微晶体上的非掺杂铌酸锂波导与掺铒铌酸锂微晶体激光器倏逝耦合。在1542 nm波长处测得LN微腔的品质因数高达1.54 × 10 ~ 5。使用980 nm连续波泵浦激光器,在低于3.5 mW的泵浦功率阈值下可以观察到激光作用。最后,通过改变微电极上的电压实现了激光波长的调谐,所述微电极制造在微波导附近,示出了0.33 pm/V的EO系数。
2021-03-15 physics.app-ph physics.optics
Integrated lithium niobate photonic computing circuit based on efficient and high-speed electro-optic conversion
本文提出基于薄膜铌酸锂的光子计算加速器,利用电光效应实现1.36 TOPS高速计算和0.057 pJ/OP低能耗,支持多种分类任务,并兼容集成激光器与探测器,补充硅光子学。
2024-11-05 physics.app-ph physics.optics
High-performance Hybrid Lithium Niobate Electro-optic Modulators Integrated with Low-loss Silicon Nitride Waveguides on a Wafer-scale Silicon Photonics Platform
该研究在晶圆级硅光子平台上,通过异质集成将薄膜铌酸锂与低损耗氮化硅波导结合,制备出兼具高消光比、低插入损耗、超110 GHz带宽的高性能电光调制器,验证了可扩展制造的可行性。
2025-04-02 physics.app-ph physics.optics
Thin Film Lithium Niobate Electro-optic Isolator Fabricated by photolithography assisted chemo-mechanical etching (PLACE)
本工作通过光刻辅助化学机械刻蚀(PLACE)技术制造了薄膜铌酸锂电光隔离器,在施加24 GHz微波时实现39.50 dB隔离度,并在1510-1600 nm波段保持30 dB以上,整体光纤到光纤插入损耗仅2.6 dB。
2023-11-21 physics.app-ph physics.optics
Arbitrary electro-optic bandwidth and frequency control in lithium niobate optical resonators
针对光子器件谐振频率和带宽固定的问题,提出基于薄膜铌酸锂的原位可调光学谐振腔,利用线性电光效应实现了约50倍带宽调谐和230 MHz/V线性频率控制,并开发闭式模型,为光的快速相位与幅度控制奠定基础。
2023-07-31 physics.app-ph physics.optics
Ultra-high-linearity integrated lithium niobate electro-optic modulators
集成微波光子学具有独特的电光特性、低光损耗和良好的可扩展性,是未来芯片级微波光子学系统的一个很有前途的平台。这种系统的一个关键推动因素是高度线性的电光调制器,它可以忠实地将模拟电信号转换为光信号。在这项工作中,我们展示了一个单片集成LN调制器的无杂散动态范围(SFDR)为120.04 dB Hz 4/5在1 GHz,使用环辅助马赫-曾德尔干涉仪配置。LN的固有线性电光响应和优化的线性化策略之间的出色协同作用使我们能够完全抑制三阶互调失真(IMD 3)的立方项,而无需主动反馈控制,从而比薄膜LN平台中的先前结果提高约20 dB。我们的超高线性LN调制器可以成为未来大规模功能微波光子集成电路的核心构建模块,通过进一步与LN平台上提供的低损耗延迟线,可调谐滤波器和移相器等其他高性能组件集成。
2022-02-25 physics.app-ph physics.optics
Ultrafast tunable lasers using lithium niobate integrated photonics
薄膜LNOI处理的最新进展已经实现了低损耗光子集成电路,具有改进的半波电压的调制器,电光频率梳和新型片上电光器件,应用范围从5G电信和微波光子到微波-光量子接口。锂酸盐集成光子电路同样可以成为集成窄线宽频率捷变激光器的基础。抛光的锂离子晶体谐振器的开创性工作导致了电调谐窄线宽激光器的发展。在这里,我们报告的低噪声频率捷变激光器的基础上,锂钛酸盐集成光子学,并证明其用于相干激光测距。这是通过超低损耗氮化硅光子电路与薄膜锂离子电池的异质集成通过直接晶片键合实现的。该平台具有8.5 dB/m的低传播损耗,通过自注入锁定到III-V半导体激光器二极管,实现窄线宽激光发射(固有线宽为3 kHz)。谐振腔的混合模式允许电光激光频率调谐在12 PHz/s的速度与高线性度,低滞后,同时保持窄线宽。使用这种混合集成激光器,我们进行了概念验证FMCW激光雷达测距实验,分辨率为15厘米。通过充分利用锂的高电光系数,进一步改进光子集成电路设计,这些器件可以在CMOS兼容电压下工作,或实现毫米级距离分辨率。将低损耗的氮化硅集成光子器件与锂离子酸盐结合,提供了一个具有宽透明窗口的平台,可用于实现从可见光到中红外的超快可调谐激光器,应用范围从OCT和LiDAR到环境传感。
2022-08-11 physics.app-ph physics.optics
Compact low-half-wave-voltage thin film lithium niobate electro-optic phase modulator fabricated by photolithography assisted chemo-mechanical etching
本文提出一种基于PLACE技术制备的紧凑型双臂TFLN电光相位调制器,通过完全利用微波电场实现约3 V低半波电压和2.8 dB低插损,并演示了产生29个边带信号的光频梳应用能力。
2024-06-13 physics.app-ph physics.optics
High-bandwidth CMOS-voltage-level electro-optic modulation of 780 nm light in thin-film lithium niobate
在可见-近红外(VNIR)波长下工作的集成光子学为推进用于寻址原子钟、传感器和量子计算机的光学系统提供了可扩展的平台。自由空间控制光学器件的复杂性导致原子和离子的可寻址性有限,这仍然是可扩展性和成本的障碍。马赫-曾德尔干涉仪网络可以通过提供对多个输出光束的高带宽电光控制来克服寻址原子的挑战。在这里,我们展示了一个VNIR马赫-曾德尔干涉仪的蓝宝石上的锂钛酸盐与CMOS电压电平兼容的全摆幅电压为4.2 V和电光带宽为2.7 GHz的占用只有0.35 mm $^2$。我们的波导表现出1.6 dB/cm的传播损耗和我们的微波谐振器具有4.4 $\times$ 10 $^5$的固有品质因数。这种用于VNIR集成光子学的专用平台可以为以高精度和可忽略的串扰寻址大型量子位阵列开辟新途径。
2022-04-07 physics.app-ph physics.optics
Cryogenic Electro-Optic Polarisation Conversion in Titanium in-diffused Lithium Niobate Waveguides
量子光子学中的许多技术需要低温条件来操作。但是,开关、调制器和移相器等有源器件背后的底层平台必须与这些工作条件兼容。为了解决这个问题,我们展示了一个电光偏振转换器,在0.8K的1550 nm的光在钛扩散锂的钛酸盐波导。为此,我们利用锂的电光特性在正交偏振模式之间转换,光纤到光纤的传输> 43%。调制深度为23.6 ± 3.3dB,转换电压-长度积为28.8V cm。这使得低温光子学和有源元件能够在单个集成平台上组合。
2020-06-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Bidirectional electro-optic conversion reaching 1% efficiency with thin-film lithium niobate
超导腔电光(EO)技术是实现微波光子和可见光光子相干转换,并通过光网络在超导电路之间实现量子纠缠远距离分布的有效途径。高光电转换效率要求转换材料具有强的普克尔斯效应和优良的光学透明性。薄膜铌酸锂(TFLN)提供了这些期望的特性,然而到目前为止仅提供了具有$10^{-5}$量级的效率的单向转换,这在很大程度上受到其在低温下突出的光折变(PR)效应的影响。在这里,我们表明,通过减轻PR效应和相关的电荷屏蔽效应,器件的转换效率可以提高几个数量级,同时保持稳定的低温操作,从而可以证明转换的双向性和片上效率的准确量化。优化后的基于蓝宝石衬底TFLN的单片集成超导电光器件实现了1.02%的片上转换效率(内效率15.2%)。我们的演示表明,随着器件的进一步改进,TFLN接近单位内转换效率是可行的。
2021-01-01 physics.app-ph physics.optics
Tunable transmissive metasurface based on thin-film lithium niobate
本研究提出一种基于薄膜铌酸锂和透明导电氧化物超光栅的可调谐透射式超表面,通过电光调谐实现近红外导模共振位移和调制,适用于紧凑型空间光调制器。
2024-11-07 physics.app-ph physics.optics
On-chip electro-optic tuning of a lithium niobate microresonator with integrated in-plane microelectrodes
我们展示了集成面内微电极的片上锂酸盐微谐振器的电光调谐。首先,通过飞秒激光工艺在基底上形成两个金属微电极。采用飞秒激光直写结合聚焦离子束铣削的方法制备了位于微电极之间的高Q值锂离子微谐振器。由于有效的结构设计,观察到3.41 pm/V的高电光调谐系数。
2016-11-11 physics.optics
Low-loss waveguides on Y-cut thin film lithium niobate: towards acousto-optic applications
研究了Y切Li_2O_3/绝缘体基片中光子波导的传播损耗与埋氧层厚度的关系,以确定声-光器件中光损耗与机电耦合之间的折衷关系。模拟结果表明,较厚的氧化层降低了波导损耗,但降低了声表面波器件的机电耦合系数。利用氩等离子体刻蚀技术制作了不同长度的跑道形光腔,实验提取了波导损耗。当氧化层厚度从1 μm增加到2 μm时,2 μm(1 μm)宽波导的传输损耗从1.85 dB/cm(3 dB/cm)降低到0.37 dB/cm(0.77 dB/cm),谐振腔的品质因数大于100万。大约1.5 μm的氧化物厚度足以显著降低由于泄漏到衬底中而引起的传播损耗,同时在声学器件中获得良好的机电耦合。这项工作不仅提供了关于在锂氧化物中设计和实现低损耗光子波导的见解,而且最重要的是提供了关于氧化物厚度如何直接影响损耗的实验证据,并指导其选择用于在绝缘体上Y切割锂氧化物中合成高性能声光器件。
2019-03-07 physics.app-ph physics.optics
Micro-transfer-printed Thin film lithium niobate (TFLN)-on-Silicon Ring Modulator
针对薄膜铌酸锂调制器CMOS兼容性差、集成难度高的问题,研究采用微转印“拾取-放置”技术将其与硅生态结合,首次研制出微转印TFLN-硅基环形调制器,性能优异,为高密度异质集成提供了可行路径。
2023-11-26 physics.app-ph physics.optics
Wafer-scale low-loss lithium niobate photonic integrated circuits
薄膜铌酸锂(LN)光子集成电路(PIC)可以在电光和非线性光学器件中实现超高性能。迄今为止,实现仅限于芯片级概念验证。在这里,我们展示了单片LN PIC制作在4英寸和6英寸的晶圆深紫外光刻和显示平滑和均匀的蚀刻,实现0.27 dB/cm的光传播损耗的晶圆级。我们的研究结果表明,LN PIC从根本上是可扩展的,可以是高度成本效益。
2020-07-03 physics.app-ph physics.optics
Electro-optically tunable low phase-noise microwave synthesizer in an active lithium niobate microdisk
具有实时频率调谐的基于光子的低相位噪声微波产生对于包括下一代无线通信、雷达、计量和现代仪器在内的广泛学科至关重要。在这里,第一次尽我们所知,窄带宽的双波长微激光器产生的近简并的多边形模式在高Q值的活性锂微晶片。利用锥形光纤对回音壁微盘谐振器进行弱微扰,实现了具有独立可控谐振波长和自由光谱范围的高Q多边形模的形成。稳定的拍频信号证实了在可调谐激光器中实现的低相位噪声。由于两个近简并的激光模之间以及两个激光模与泵浦模之间的高空间重叠因子,抑制了两个模式之间的增益竞争,从而导致稳定的双波长激光产生,进而导致低噪声微波源。测得的微波信号的线宽为~6.87 kHz,相位噪声为~-123 dBc/Hz,电光调谐效率为-1.66 MHz/V。
2022-09-22 physics.app-ph physics.optics
High-Q Lithium Niobate Microcavities and Their Applications
铌酸锂(LN)是一种优良的非线性光学和电光材料,在经典非线性光学、光纤通信和量子光子学中有着广泛的应用。在这里,我们回顾了最近的发展,薄膜LN技术,使LN光子器件和微腔的小型化与小品质因数。我们讨论了LN器件的设计原理,利用最大的非线性系数,各种设备的制造方法和由此产生的设备性能,以及LN微腔的当前和潜在的应用。
2020-11-16 physics.app-ph physics.optics
Electro-optically programmable photonic circuits enabled by wafer-scale integration on thin-film lithium niobate
本研究在绝缘体上铌酸锂平台展示了一个4x4可编程线性光子电路,采用快速低功耗的电光移相器,实现了500 ps快速切换和极低功耗,在配置速率和功耗上展现出巨大优势。
2023-04-07 physics.app-ph physics.optics
Electro-optically tunable microring resonators in lithium niobate
光学微谐振器近年来在光子学领域引起了越来越多的关注。它们的应用范围从量子电动力学到光学电信系统的传感器和滤波设备,它们可能成为一个重要的组成部分。在谐振器中集成非线性和电光特性代表了一个非常刺激的挑战,因为它将包含新的和更先进的功能。锂离子电池是一种优秀的候选材料,是电光和非线性光学应用的既定选择。在这里,我们报告的第一个实现的光学微型谐振器在亚微米薄膜的锂离子。高折射率对比度薄膜是用改进的晶体离子切片和键合技术,使用苯并环丁烯。环具有半径R=100 μ m,并且它们的透射光谱已经使用电光效应进行了调谐。这些结果为锂酸盐在芯片级集成光学器件和非线性光学微腔中的应用开辟了新的前景。
2007-05-16 physics.optics
Lithium niobate-enhanced laser photoacoustic spectroscopy
本研究首次提出基于铌酸锂晶体的光声光谱技术,通过设计新型双悬臂音叉结构与电极,实现了乙炔的高灵敏度检测,1秒积分时间下检测限达约9 ppb。
2023-12-02 physics.app-ph physics.optics
Electro-optically modulated polarization mode conversion in lithium niobate ridge waveguides
作为一种新兴技术,绝缘体上的锂氧化物(LNOI)波导已被证明为集成光学提供了一个有前途的平台,这是由于其与绝缘体上的硅(SOI)波导相比的强光学限制,同时具有锂氧化物的多功能特性,例如高电光系数。在本文中,我们表明,模式杂交,一种现象,广泛存在于垂直非对称波导,可以有效地调制在LNOI脊波导的电光效应,导致97%的效率的偏振模式转换器。此外,所提出的器件不需要锥形或周期性极化,从而大大简化了制造工艺。它也可以通过外部磁场进行主动切换。这样的平台促进了光子电路和传感器的技术进步。
2021-03-04 physics.optics
On-chip erbium-doped lithium niobate waveguide amplifiers
绝缘体上叠层锂(LNOI)作为一种新兴的、有前途的光集成平台,面临着片上有源器件(包括激光器和放大器)的不足。本文报道了基于电子束光刻和电感耦合等离子体反应离子刻蚀的片上掺铒低噪声光波导放大器的制作。在974 nm连续激光泵浦下,在通信波段获得了约30 dB/cm的净内增益。该工作为开发新型的低噪声光学有源器件提供了理论基础,将对低噪声光学集成光子学的发展起到积极的推动作用。
2021-03-29 physics.app-ph physics.optics
High Performance Thin-film Lithium Niobate Modulator Applied ITO Composite Electrode with Modulation Efficiency of 1V*cm
针对薄膜铌酸锂调制器调制效率低、半波电压与调制长度存在权衡的问题,引入ITO透明导电氧化物复合电极,实现1.02 V*cm的超高调制效率,同时兼具108 GHz电光带宽,为下一代低成本高性能调制器及多通道光发射芯片小型化提供新方案。
2023-11-09 physics.app-ph physics.optics
Nanophotonic Lithium Niobate Electro-optic Modulators
现代通信网络需要将电信号高速转换为光信号的高性能和可扩展电光调制器。现有的碳酸锂调制器具有优异的性能,但体积庞大且难以按比例放大。在这里,我们展示了可扩展的和高性能的纳米光子电光调制器的单晶钛酸锂微谐振器和微型马赫-曾德尔干涉仪。我们展示了一个半波电光调制效率为1.8V $\cdot$ cm和数据速率高达40 Gbps。
2017-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Integrated spiral waveguide amplifiers on erbium-doped thin-film lithium niobate
集成光放大器和光源在光子集成电路中具有重要意义,引起了人们的广泛研究兴趣。在材料中掺杂稀土离子作为实现高效光放大器和激光器的一种解决方案,已经得到了大量的研究。本文研究了掺铒锂氧化物绝缘体(LNOI)。在这里,通过CMOS兼容技术在1摩尔%掺铒LNOI上制造了螺旋波导放大器。我们证明了在1530 nm处的最大内部净增益为8.3 dB,表明在具有5.3 mm长度和$ \sim $ 0.06 mm $ ^{2} $覆盖区的紧凑螺旋波导的情况下每单位长度的净增益为15.6 dB/cm。掺铒锂酸盐螺旋波导放大器的研究将为锂酸盐平台的功率集成电路,特别是在锂酸盐薄膜上实现有源和无源器件的高效集成奠定基础,这将充分利用其优异的光声、电光、压电等物理特性。
2021-05-01 physics.app-ph physics.optics
An integrated low-voltage broadband lithium niobate phase modulator
电光相位调制器是现代通信、微波光子和量子光子系统中的关键器件。对于这些应用来说,重要的是实现在高频下具有低半波电压的调制器。在这里,我们展示了一个集成的相位调制器,基于薄膜锂酸盐平台,同时具有小的片上损耗(~ 1 dB)和低半波电压在一个大的频谱范围(3.5 - 4.5 V,5 - 40 GHz)。通过驱动调制器与一个强大的30 GHz的微波信号对应的四个半波电压,我们产生一个光学频率梳组成的40多个边带跨越10 nm的电信L波段。我们的集成相位调制器的高电光性能与高RF功率处理能力(3.1 W)相结合,对于未来的光子学和微波系统至关重要。
2019-02-25 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Kerr-electro-optic frequency combs on thin-film lithium niobate
本研究利用薄膜铌酸锂平台同时实现强Kerr非线性和电光调制,生成具有稳定间距的混合Kerr-电光频率梳,克服了集成光源的间距-跨度权衡,为多波段光谱和并行通信等提供芯片级方案。
2024-02-18 physics.app-ph physics.optics
A power-efficient integrated lithium niobate electro-optic comb generator
提出一种集成铌酸锂电光梳生成器,通过多模式复用使光信号4次往返通过调制电极,大幅提升相位调制效率并降低功耗,在0.63 W射频功率下生成47条梳齿的宽带频率梳。
2022-08-23 physics.app-ph physics.optics
On-chip Erbium-doped lithium niobate microcavity laser
由于其优异的光子、光声、电光和压电特性,绝缘体上钛酸锂(LNOI)晶片的商业化已经引发了重要的片上光子集成应用。近年来,各种基于LNOI的高性能片上光学器件已经实现。研制了掺铒1 mol %LN晶体及其LNOI晶片,并制作了高质量的掺铒LNOI微盘($ \sim $ 1.05 $\times 10^{^5}$)。在974 nm和1460 nm泵浦下,高Q值掺铒LNOI微盘分别获得了$ \sim $ 1530 nm和$ \sim $ 1560 nm的C波段激光输出,其中1460 nm具有较好的热稳定性。该微激光器将在锂酸盐平台的光子集成电路中发挥重要作用。
2020-09-27 physics.app-ph physics.optics
Electro-optic and electrical properties in Hafnium-doped congruent lithium-niobate crystals
本文报道了掺铪锂离子晶体的光学和介电性质。我们研究了各种掺杂浓度从0到8摩尔%的全等组成的样品。实验测定了掺Hf LN晶体的电光系数r22和相应的介电常数的箝位和非箝位值,并与未掺杂的同成分LN晶体的结果进行了比较。我们发现,电光和介电性能只有轻微的影响,通过引入铪离子,因此Hf掺杂LN具有低的光折变损伤的优势相比,未掺杂的全等LN。
2008-08-20 physics.optics
Electrically-pumped high-power laser transmitter integrated on thin-film lithium niobate
集成薄膜锂酸盐(TFLN)光子学已成为实现高性能芯片级光学系统的一个有前途的平台。特别重要的是TFLN电光调制器具有高线性度,低驱动电压和低传播损耗。然而,全集成系统要求在TFLN芯片上集成高功率、低噪声、窄线宽的激光器。在这里,我们实现了这一目标,并展示了TFLN平台上的集成高功率激光器,波导中的光功率高达60 mW。我们使用这个平台来实现一个高功率的发射机组成的电泵浦激光器与50 GHz的调制器集成。
2021-11-25 physics.app-ph physics.optics
Design of nanobeam photonic crystal resonators for a silicon-on-lithium-niobate platform
我们设计了一个硅/铌酸锂混合材料系统的光子晶体谐振器。利用硅和锂酸盐之间的折射率对比,可以在键合在锂酸盐顶部上的硅薄膜中引导和限制光子共振。在光波长标度模体积下,可实现大于$10^6$的品质因数。我们表明,在这样的系统上图案化电极可以产生0.6 GHz/V(4 pm/V)的电光耦合率。
2016-04-19 physics.optics
On-chip erbium-doped lithium niobate microring lasers
绝缘体上叠层锂(LNOI)由于其优异的非线性、电光等物理性能,被认为是光学集成的重要候选平台,已成为研究热点。光源作为集成光学系统的重要组成部分,其需求量越来越大.本文报道了利用电子束光刻和电感耦合等离子体反应离子刻蚀工艺,实现了基于掺铒LNOI环形腔的1550 nm波段片上LNOI微激光器,其负载品质因数大于100万。在980 nm波段连续激光泵浦下,这些微激光器表现出约20 μW的低泵浦阈值和稳定的性能。在高泵浦功率下,观察到了1510 ~ 1580 nm的梳状激光谱,为在掺稀土离子的LNOI平台上实现脉冲激光和频率梳奠定了基础。该工作有效地推动了片上集成有源LNOI器件的发展。
2021-07-27 physics.app-ph physics.optics
Efficient self-imaging grating couplers on a Lithium-Niobate-On-Insulator platform at near-visible and telecom wavelengths
铌酸锂绝缘体(LNOI)已成为集成光子学领域一个有前途的平台。非线性光学过程和快速电光调制在超低损耗波导中具有突出的性能。为了利用LNOI技术提供的优势,需要在不同波长范围内工作的合适的光纤到芯片互连。在这里,我们提出了易于制造的自成像变迹光栅耦合器,其特征在于TE 0模式的耦合效率在$λ$ =1550 nm处高达$\simeq 47.1\%$,在$λ$ =775 nm处高达$\simeq 44.9\%$。我们的方法避免了使用任何金属背反射器来改善方向性或使用多层结构来增强光栅强度。
2021-04-16 physics.app-ph physics.optics
Integrated electro-optics on thin-film lithium niobate
本综述介绍薄膜铌酸锂集成电光技术的原理、优势、突破性器件及应用前景,搭建基础科学与技术前沿的联系。
2024-04-11 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Systematic Investigation of Millimeter-Wave Optic Modulation Performance in Thin-Film Lithium Niobate
毫米波(mmWave)频带(30 - 300 GHz)是用于无线通信、短程雷达和传感器应用的新兴频谱范围。毫米波光调制器能够有效地将毫米波信号转换到光域,是毫米波信号通过光网络进行长距离传输的关键部件。然而,在这些频率下,调制性能对传输线损耗以及速度和阻抗匹配条件高度敏感,而这些参数的精确测量和建模通常是重要的。在这里,我们提出了一个系统的研究毫米波光调制性能的薄膜锂离子电池调制器,通过理论建模,电气验证和电光测量频率高达325 GHz。基于我们的实验验证的模型,我们证明了薄膜锂硼酸盐毫米波光调制器与测量的3-dB电光带宽为170 GHz和6-dB带宽为295 GHz。该器件还显示出在250 GHz的调制频率下测得的7.3 V的低RF半波电压。这项工作为毫米波光学调制器的设计和表征提供了全面的指导方针,并为未来用于超5G通信和雷达应用的集成毫米波光子系统铺平了道路。
2022-07-05 physics.app-ph physics.optics
Octave-spanning Kerr soliton frequency combs in dispersion- and dissipation-engineered lithium niobate microresonators
本文在薄膜铌酸锂微腔中通过色散与耗散工程抑制拉曼效应,实现了倍频程孤子微梳,为片上自参考频率标准提供了可靠方法。
2024-05-25 physics.app-ph physics.optics
Ultra-wideband Waveguide-coupled Photodiodes Heterogeneously Integrated on a Thin-film Lithium Niobate Platform
本文在薄膜铌酸锂平台上异质集成InP/InGaAs改进型单行载流子光电二极管,实现了110 GHz的创纪录3-dB带宽和0.4 A/W响应度,为大规模高性能TFLN光子集成电路提供了关键器件支撑。
2023-07-01 physics.app-ph physics.optics
Electro-Optic Lithium Niobate Metasurfaces
元表面的许多应用需要在时域中动态地改变其属性的能力。电调谐技术是特别感兴趣的,因为它们为超表面与光电子器件的片上集成铺平了道路。在这项工作中,我们提出并实验证明了一种电光铌酸锂(EO-LN)超表面,它对透射光的相位延迟表现出动态调制。从我们的超颖表面观察到了准束缚态。通过施加外电压,LN的折射率通过Pockels EO非线性而改变,导致对QBIC波长附近的透射光的有效相位调制。我们的EO-LN超颖表面开辟了新的路线,在显示,脉冲整形和空间光调制领域的潜在应用。
2021-01-16 physics.optics
Integrated O- and C-band Silicon-Lithium Niobate Mach-Zehnder Modulators with 100 GHz Bandwidth, Low Voltage, and Low Loss
宽带集成薄膜锂酸盐(TFLN)电光调制器(EOM)在O波段(1310 nm)和C波段(1550 nm)的光通信和信号处理中是理想的。为了满足这些需求,我们设计和演示马赫-曾德(MZ)EOM设备在一个混合平台的基础上TFLN绑定到铸造制造的硅光子波导。使用一个单一的硅光刻步骤和一个单一的键合步骤,我们实现了MZ EOM器件,覆盖在同一芯片上的两个波长范围。EOM器件实现100 GHz EO带宽(以1 GHz为基准)和约2 - 3 V $.$ cm品质因数($V_πL$),在O波段和C波段均具有低片上光损耗。
2023-01-25 physics.app-ph physics.optics
Lithium niobate photonic-crystal electro-optic modulator
现代先进的光子集成电路需要在仅消耗中等功率的紧凑芯片上密集集成高速电光功能元件。因此,能量效率、操作速度和器件尺寸是光子信号处理单元的几乎所有当前发展的关键指标。近年来,薄膜锂离子电池(LN)成为光子集成电路的一个很有前途的平台。在这里,我们使一个重要的一步,在这个平台上,报告可能是最小的高速LN电光调制器,基于光子晶体纳米梁谐振器的功能组件。该器件的调谐效率高达1.98 GHz/V,调制带宽为17.5 GHz,电光模体积仅为0.58 $μ{\rm m}^3$。该调制器能够在绝热和非绝热机制下有效地电光驱动高Q光子腔模式,并使我们能够以11 Gb/s的速率实现电光开关,位开关能量低至22 fJ。在波长尺度上的能量高效和高速电光调制的演示为实现大规模LN光子集成电路奠定了关键基础,这对于数据通信,微波光子学和量子光子学的广泛应用具有极其重要的意义。
2020-06-10 eess.SP physics.app-ph physics.optics
Electro-optically tunable single-frequency lasing from neodymium-doped lithium niobate microresonators
可调谐光源是许多应用的关键使能技术,例如测距、光谱学、光学相干断层扫描、数字成像和干涉测量。对于小型化激光设备,回音壁谐振腔激光器是非常适合的平台,提供低阈值和小线宽,然而,许多实现都缺乏可靠的调谐。稀土离子掺杂的锂离子电池为解决这一问题提供了一条途径。在这里,我们提出了一个单频激光器的基础上,掺钕的锂钛酸盐回音壁模式谐振器,通过线性电光效应调谐。使用一个特殊的几何形状,我们抑制高阶横模,从而确保单模操作。在外加电压仅为$68\,$ V的情况下,我们实现了$3.5\,$ GHz的调谐范围。激光频率也可以用三角形控制信号调制。自由运行的系统在30分钟的时间段内分别提供优于$Δν=20\,$ MHz和6%的频率和功率稳定性。该概念适用于与现有的基于锂离子电池的光子平台的完全集成。
2022-05-06 physics.optics
Ultra-high-speed high-resolution laser lithography for lithium niobate integrated photonics
光刻辅助化学机械蚀刻(PLACE)是一种专门开发用于在薄膜锂酸盐(TFLN)上制造高质量大规模光子集成电路(PIC)的技术,其使得能够制造从高质量(高Q)微谐振器和低损耗波导到电光(EO)可调谐激光器和波导放大器的一系列PIC构建块。针对PIC器件和系统的高产量制造,我们已经开发了一种超高速高分辨率激光光刻制造系统,采用高重复频率飞秒激光和高速多边形激光扫描仪,通过该光刻制造系统,在200 nm的空间分辨率下,光刻制造效率为4.8 cm 2/h。我们展示了基于TFLN的光子结构,光学相位掩模以及彩色印刷的晶圆级制造
2023-03-01 physics.app-ph physics.optics
Low-loss Lithium Niobate on Insulator (LNOI) Waveguides of a 10 cm-length and a Sub-nanometer Surface Roughness
我们开发了一种技术,用于实现锂的绝缘体(LNOI)波导的几厘米长的传播损耗低至0.027 dB/cm。我们的技术依赖于图案化的铬(Cr)薄膜上的LNOI的顶部表面上涂成硬掩模与飞秒激光,然后通过化学机械抛光结构的LNOI到波导。用原子力显微镜(AFM)测定波导上的表面粗糙度为0.452 nm。该方法与其他表面图案化技术兼容,例如光学和电子束光刻或激光直写,从而实现大规模基于LNOI的光子集成电路的高吞吐量制造。
2018-10-06 physics.app-ph physics.optics
Tightly confining lithium niobate photonic integrated circuits and lasers
光子集成电路对于现代数据中心内的数据传输是不可或缺的,并且渗透到传统上限于体光学的多个应用领域,例如LiDAR和生物传感。特别感兴趣的是铁电体,例如铌酸锂,其表现出大的电光普克尔斯效应,能够实现超快和有效的调制,但难以通过干法蚀刻进行处理。由于这个原因,蚀刻严格限制的波导-通常在硅或氮化硅中实现-已经不可能。类金刚石碳(DLC)是在20世纪50年代发现的,并且是一种表现出非晶相、优异的硬度和以纳米薄膜沉积的能力的材料。它具有优异的热,机械和电气性能,使其成为理想的保护涂层。在这里,我们证明了DLC也是制造基于铁电体的下一代光子集成电路的优良材料,特别是绝缘体上的铌酸锂(LNOI)。使用DLC作为硬掩模,我们展示了深蚀刻,严格限制,低损耗光子集成电路的制造与低至5.6 dB/m的损失。与广泛采用的脊形波导相比,这种方法受益于大于1个数量级的更高的面积集成密度,同时保持有效的电光调制、低损耗,并为有效的光纤接口提供路线。作为概念验证,我们展示了一种频率捷变混合集成III-V铌酸锂激光器,具有kHz线宽和每秒0.7千兆赫的调谐速率,具有出色的线性度和CMOS兼容的驱动电压。我们的方法可以预示着新一代的紧约束铁电光子集成电路。
2022-08-10 physics.app-ph physics.optics
Suspended Z-cut lithium niobate waveguides for stimulated Brillouin scattering
University of Adelaide(阿德莱德大学);Chalmers University of Technology(查尔姆斯理工大学);RMIT University(皇家墨尔本理工大学);Macquarie University(麦考瑞大学);University of Twente(特温特大学)
本研究首次在悬浮Z切TFLN波导中实现反向模内受激布里渊散射,揭示了多声学模式捕获与多峰增益光谱,拓展了TFLN波导在非线性光学应用中的潜力。
2025-04-09 physics.app-ph physics.optics
Resonantly Enhanced Electric-Field Sensing of Etchless Thin Film Lithium Niobate via Quasibound Sates in the Continuum
电场检测在科学研究、集成电路等领域有着广泛的应用。为了提高电场传感器的调谐灵敏度,本文从理论上提出了一种由无刻蚀LiNbO_3(LN)材料和混合耦合光栅系统组成的可见-近红外波段高灵敏度电场传感器。这种配置支持高品质因数准BIC谐振,其产生强的局部场约束。由于LN材料的大电光系数,人们可以通过调节LN材料的折射率来改变谐振的波长和反射比。利用解析理论解释了折射率变化与外加电压之间的关系,获得了40.8 nm/V的调谐灵敏度和24.5 mV的最小可探测电场幅度,波长分辨率为1 nm。由于LN材料的低寄生电容以及金膜和ITO层作为电极的高导电性,器件的3dB带宽应超过154 GHz。我们相信这种表面法向电场传感器在极弱电场检测方面具有广阔的应用前景。
2022-12-20 physics.app-ph physics.optics