論文の概要: Resonant multi-harmonic acousto-optics for programmable frequency control of visible light in a CMOS platform
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.25593v1
- Date: Tue, 22 Sep 2026 02:36:12 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-23 18:04:04.184642
- Title: Resonant multi-harmonic acousto-optics for programmable frequency control of visible light in a CMOS platform
- Title（参考訳）: CMOSプラットフォームにおける可視光のプログラム周波数制御のための共振型マルチハーモニックアコスト光学
- Abstract要約: 窒化ケイ素フォトニクスは、高電力ハンドリングとCMOS-境界互換性を提供するが、高速変調に固有の機構を持たない。
我々は1.14GHzと2.28GHzの高調波空間共鳴をサポートする窒化ケイ素共振光学顕微鏡構造を開発した。
50%の変換を片側バンド(1.5倍の単調理論最大値)、平坦な7ラインコム、60dBキャリアと53dB画像抑制による周波数シフトを実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Scaling quantum control for atoms, ions, and solid-state emitters requires gigahertz-frequency spectral control of high-power visible light in a volume-manufacturable platform. Silicon nitride photonics provides high power handling and CMOS-foundry compatibility but has no intrinsic mechanism for high-speed modulation. Integration with piezoelectric materials enables acousto-optic phase modulation, and mechanical resonant enhancement has made it efficient at gigahertz frequencies. However, a single resonance restricts the modulation waveform to a single tone, imposing Bessel-function sideband amplitudes and limiting frequency-shifting efficiency to 33.9%. Here we engineer a silicon nitride acousto-optic microstructure to support harmonically spaced resonances at 1.14 GHz and 2.28 GHz, each strongly optomechanically coupled to a 730 nm guided optical mode, so that tailored non-sinusoidal modulation waveforms can be resonantly synthesized. By piezoelectrically controlling the two mechanical amplitudes and their relative phase, we demonstrate 50% conversion to one sideband (1.5x the single-tone theoretical maximum), a flat seven-line comb, and a frequency shift with 60 dB carrier and 53 dB image suppression - to our knowledge the highest reported for an integrated modulator. The devices are fabricated in a 200 mm CMOS foundry, and we measure 91.7% yield without post-fabrication tuning across 36 devices from three wafers. We also show how the technique can be straightforwardly scaled to three or more harmonics. This result overcomes the trade-off between resonant enhancement and spectral programmability, with important consequences including improved single-qubit gate efficiency for hyperfine qubits.
- Abstract（参考訳）: 原子、イオン、固体エミッタの量子制御は、体積製造可能なプラットフォームにおける高出力可視光のギガヘルツスペクトル制御を必要とする。
窒化ケイ素フォトニクスは、高電力ハンドリングとCMOS-境界互換性を提供するが、高速変調に固有の機構を持たない。
圧電材料との統合により、アコスト光位相変調が可能となり、機械共振器の強化によりギガヘルツ周波数での効率が向上した。
しかし、単一の共鳴は変調波形を1つのトーンに制限し、ベッセル関数のサイドバンド振幅を課し、周波数シフト効率を33.9%に制限する。
ここでは, 窒化ケイ素の共振を1.14 GHzと2.28 GHzで共振可能にし, それぞれが730 nm の誘導光モードに強く光力学的に結合し, 非正弦波変調波形を共振的に合成する。
2つの機械的振幅とその相対位相を圧電的に制御することにより、50パーセントの変換を片側バンド(単調理論最大値1.5倍)、平坦な7ラインコム、60dBキャリアと53dB画像抑制による周波数シフトで実証した。
デバイスは200mmのCMOSファウンダリーで製造されており、3つのウエハから36個のデバイスにまたがる後調律なしで91.7%の歩留まりを計測する。
また、このテクニックを3つ以上のハーモニックに簡単に拡張できることを示す。
この結果、共振器拡張とスペクトルプログラム性の間のトレードオフを克服し、超微細量子ビットに対する単一量子ゲート効率の改善を含む重要な結果をもたらす。
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