論文の概要: High-speed photonic crystal modulator with non-volatile memory via
structurally-engineered strain concentration in a piezo-MEMS platform
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.07798v1
- Date: Wed, 11 Oct 2023 18:31:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-15 11:41:31.389163
- Title: High-speed photonic crystal modulator with non-volatile memory via
structurally-engineered strain concentration in a piezo-MEMS platform
- Title（参考訳）: 圧電MEMSプラットフォームにおける構造工学的ひずみ集中による不揮発性記憶を有する高速フォトニック結晶変調器
- Authors: Y. Henry Wen, David Heim, Matthew Zimmermann, Roman A. Shugayev, Mark
Dong, Andrew J. Leenheer, Gerald Gilbert, Matt Eichenfield, Mikkel Heuck,
Dirk R. Englund
- Abstract要約: 量子光学および古典光学において、電圧当たりの伝送変化(dT/dV)は、電気光学変調器(EO)にとって重要な特徴である。
本稿では,キャビティベースのEO変調器を導入して,速度とスペクトルチューニングの両トレードオフを解消する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Numerous applications in quantum and classical optics require scalable,
high-speed modulators that cover visible-NIR wavelengths with low footprint,
drive voltage (V) and power dissipation. A critical figure of merit for
electro-optic (EO) modulators is the transmission change per voltage, dT/dV.
Conventional approaches in wave-guided modulators seek to maximize dT/dV by the
selection of a high EO coefficient or a longer light-material interaction, but
are ultimately limited by nonlinear material properties and material losses,
respectively. Optical and RF resonances can improve dT/dV, but introduce added
challenges in terms of speed and spectral tuning, especially for high-Q
photonic cavity resonances. Here, we introduce a cavity-based EO modulator to
solve both trade-offs in a piezo-strained photonic crystal cavity. Our approach
concentrates the displacement of a piezo-electric actuator of length L and a
given piezoelectric coefficient into the PhCC, resulting in dT/dV proportional
to L under fixed material loss. Secondly, we employ a material deformation that
is programmable under a "read-write" protocol with a continuous, repeatable
tuning range of 5 GHz and a maximum non-volatile excursion of 8 GHz. In
telecom-band demonstrations, we measure a fundamental mode linewidth = 5.4 GHz,
with voltage response 177 MHz/V corresponding to 40 GHz for voltage spanning
-120 to 120 V, 3dB-modulation bandwidth of 3.2 MHz broadband DC-AC, and 142 MHz
for resonant operation near 2.8 GHz operation, optical extinction down to
min(log(T)) = -25 dB via Michelson-type interference, and an energy consumption
down to 0.17 nW/GHz. The strain-enhancement methods presented here are
applicable to study and control other strain-sensitive systems.
- Abstract（参考訳）: 量子光学や古典光学における多くの応用は、フットプリントの低い可視NIR波長をカバーするスケーラブルで高速な変調器を必要とする。
電気光学変調器(EO)の重要な特徴は、電圧当たりの伝送変化dT/dVである。
導波変調器の従来のアプローチは、高EO係数またはより長い光-物質相互作用の選択によってdT/dVを最大化しようとするが、最終的にはそれぞれ非線形材料特性と材料損失によって制限される。
光およびRF共鳴はdT/dVを改善することができるが、特に高Qフォトニック共振器において、速度とスペクトルチューニングの面での課題が導入された。
本稿では, 圧電抑制型フォトニック結晶キャビティにおいて, 両方のトレードオフを解決するためのキャビティベースのEO変調器を提案する。
提案手法は, 長さLの圧電アクチュエータと所定圧電係数のPCCへの変位に集中し, 固定材料損失下ではdT/dVがLに比例する。
第2に、連続的かつ繰り返し可能なチューニング範囲5GHz、最大非揮発性エクストラクション8GHzの「読み書き」プロトコルでプログラム可能な材料変形を用いる。
テレコムバンドのデモでは、電圧応答177MHz/Vが40GHz、電圧幅120〜120V、3dB変調帯域が3.2MHz、共振動作が2.8GHz付近で142MHz、光消光がmin(log(T)) = -25dBまで、ミッチェルソン型干渉により0.17nW/GHzとなる。
ここで提示されるひずみ増強法は、他のひずみ感受性システムの研究および制御に適用できる。
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