【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部周立兵研究員團(tuán)隊(duì)在高性能薄膜鈮酸鋰模分復(fù)用器件消光比提升方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“High performance mode (de)multiplexer assisted with a microring resonator on the lithium niobite-on-insulator platform”為題，發(fā)表于Nanophotonics。
 

　　薄膜鈮酸鋰具有強(qiáng)電光、聲光和非線性光學(xué)效應(yīng)等優(yōu)異性能，被認(rèn)為是下一代集成光通信、光傳感及光計(jì)算的理想平臺(tái)。近年來(lái)，隨著大尺寸薄膜鈮酸鋰晶圓以及低損耗光子芯片微納加工技術(shù)的飛速進(jìn)展，基于薄膜鈮酸鋰的多種集成光電器件被相繼實(shí)現(xiàn)，如高速電光調(diào)制器、聲光調(diào)制器、頻率轉(zhuǎn)換器、寬帶光頻梳、光電探測(cè)器等。其中，薄膜鈮酸鋰聲光調(diào)制器由于在激光信號(hào)處理、相干量子態(tài)轉(zhuǎn)換以及微波光子學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景而逐漸受到研究者的關(guān)注。高性能的模分復(fù)用器件是薄膜鈮酸鋰聲光調(diào)制器的關(guān)鍵核心器件之一，主要用于聲光調(diào)制信號(hào)與輸入光信號(hào)的分離，直接決定片上聲光調(diào)制器的消光比性能。目前，基于薄膜鈮酸鋰平臺(tái)的模分復(fù)用器件的消光比約為20 dB，與分立式晶體聲光調(diào)制器的消光比指標(biāo)還存在較大差距。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，該研究團(tuán)隊(duì)從片上聲光調(diào)制的物理過(guò)程出發(fā)，結(jié)合片上聲光調(diào)制光場(chǎng)模式和頻率轉(zhuǎn)換的特性，提出了模分復(fù)用器和高Q值臨界耦合微環(huán)諧振器片上集成的方案，以實(shí)現(xiàn)高消光比的信號(hào)分離。團(tuán)隊(duì)采用單步電子束曝光和干法刻蝕的方案分別制備了基于非對(duì)稱(chēng)定向耦合器的模分復(fù)用器件、集成微環(huán)諧振器的模分復(fù)用器件。測(cè)試結(jié)果表明，薄膜鈮酸鋰模分復(fù)用器件在1514-1580 nm波段范圍內(nèi)片上插入損耗低于1.92dB，模式串?dāng)_優(yōu)于-20 dB。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了片上集成臨界耦合微環(huán)諧振器對(duì)器件插損和消光比等關(guān)鍵性能指標(biāo)的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明：該片上集成方案僅引入微環(huán)諧振器自身的插損，而未產(chǎn)生額外的耦合或散射損耗。更重要的是，該集成器件的消光比性能獲得顯著提升：平均消光比提升至30 dB以上，最高值可達(dá)35 dB。進(jìn)一步分析表明，通過(guò)優(yōu)化器件設(shè)計(jì)和制備工藝、采用多微環(huán)級(jí)聯(lián)濾波結(jié)構(gòu)等方法有望將該集成器件的消光比提升至40 dB，接近商用晶體聲光調(diào)制器的性能水平。這一成果有望解決目前片上聲光調(diào)制器消光比低的瓶頸問(wèn)題，為應(yīng)用于芯片級(jí)的光隔離、移頻和激光雷達(dá)等領(lǐng)域的集成聲光調(diào)制器以及超低串?dāng)_多模光子傳輸研究提供新方法。
 

　　相關(guān)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、上海市產(chǎn)業(yè)協(xié)同項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目的支持。
 

圖1 集成器件的消光比實(shí)驗(yàn)表征結(jié)果