L'applicazione di stati legati nel continuum (BIC) nei circuiti integrati fotonici consente una guida e un routing della luce a bassa perdita in guide d'onda a basso indice di rifrazione su substrati ad alto indice di rifrazione. Qui, dimostriamo microcavità di niobato di litio integrato di alta qualità con BIC circolanti e ulteriormente acusto-ottica modulare questi BIC da onde acustiche di superficie. L'accoppiamento acusto-ottico è ben posizionato nel regime di banda laterale risolta, che porta ad un accoppiamento coerente tra microonde e fotoni ottici, come mostrato dalla trasparenza e dall'assorbimento indotti elettro-acusto-otticamente osservati.

Sfruttare gli stati legati nel continuum (BIC) nei circuiti integrati fotonici (PIC) consente una guida e un routing della luce a bassa perdita con una guida d'onda a basso indice di rifrazione su un substrato ad alto indice di rifrazione. I PIC che operano secondo il principio BIC non richiedono la modellazione di micro o nanostrutture nel materiale fotonico funzionale. Senza il rigoroso requisito di un'incisione di alta qualità, molti materiali monocristallini che mostrano eccellenti funzionalità ottiche in forma sfusa possono ora essere introdotti nella piattaforma fotonica integrata.

L'acusto-ottica prevede lo studio delle interazioni fonone-fotone basate sulle variazioni dell'indice di rifrazione di un mezzo dovute alla presenza di onde acustiche in quel mezzo. Le onde acustiche di superficie (SAW) che si propagano su superfici di un materiale piezoelettrico a film sottile possono essere confinate in uno spessore inferiore alla lunghezza d'onda acustica, producendo fononi con una densità molto elevata nella regione vicino alla superficie. La piccola area modale acustica, che è paragonabile all'area modale ottica, si traduce in una grande sovrapposizione tra i due modi nelle guide d'onda fotoniche. Perciò, Le SAW possono essere utilizzate per ottenere forti interazioni acusto-ottiche in dispositivi nanofotonici.

Niobato di litio (LiNbO ₃ ) è una piattaforma ideale per la ricerca sulle interazioni fonone-fotone perché ha grandi coefficienti piezoelettrici ed è otticamente trasparente su un ampio intervallo di lunghezze d'onda. Può essere utilizzato per generare SAW in modo efficiente e supportare cavità fotoniche con fattori di alta qualità. Poiché i PIC che operano nell'ambito del meccanismo BIC consentono una selezione flessibile di materiali piezoelettrici, LiNbO ₃ può essere adottato per fabbricare microcavità fotoniche di alta qualità su un chip senza la necessità di incisione.

In un nuovo articolo pubblicato su Luce:scienza e applicazioni , ricercatori dell'Università cinese di Hong Kong hanno dimostrato una microcavità fotonica di alta qualità basata sul meccanismo BIC, che è stato integrato monoliticamente con un trasduttore interdigitale SAW su un film sottile LiNbO ₃ -su piattaforma isolante. La cavità è stata costruita semplicemente modellando guide d'onda a basso indice di rifrazione sul LiNbO ad alto indice di rifrazione ₃ substrato senza affrontare la sfida dell'incisione di alta qualità di LiNbO ₃ .

I dispositivi sono stati fabbricati su un LiNbO . da 400 nm ₃ wafer su isolante con un approccio standard di nanofabbricazione top-down. Sono state misurate le risonanze ottiche della microcavità della pista fabbricata, con il più alto fattore di qualità ottica intrinseca che raggiunge ~500, 000. Per la prima volta è stata dimostrata la modulazione acusto-ottica dei modi BIC risonanti della cavità, con frequenza di modulazione superiore a 4 GHz. La combinazione dell'alta frequenza del SAW e della larghezza di linea sub-GHz della risonanza della cavità consente l'accoppiamento acusto-ottico nel regime della banda laterale risolta, ottenendo un accoppiamento coerente tra microonde e fotoni ottici, come evidenziato dalla trasparenza e dall'assorbimento indotti elettro-acusto-otticamente osservati.

La caratteristica unica e il vantaggio principale del presente schema sono che sfruttando la guida della luce a bassa perdita nell'ambito del meccanismo BIC, il LiNbO . monocristallino ₃ strato è esente da incisione, producendo così SAW di lunghezze d'onda acustiche uniformi e bassa perdita di propagazione acustica, che facilita l'accoppiamento fotone-fonone altamente efficiente. Il forte accoppiamento fotone-fonone ottenuto può essere sfruttato per sviluppare un'ampia gamma di applicazioni fotoniche basate sulla diffusione di Brillouin, comprese le linee di ritardo, deposito leggero, elaborazione del segnale a microonde, laser e amplificatori Brillouin, e trasmissione della luce non reciproca. Inoltre, le onde acustiche in viaggio qui erano eccitate elettricamente, essendo molto più forti di quelli eccitati dai metodi ottici. Utilizzando un materiale piezoelettrico, non è necessario fabbricare delicate strutture sospese simili a quelle dei dispositivi convenzionali basati sulla diffusione di Brillouin stimolata su chip. Perciò, i nostri dispositivi dimostrati hanno grandi promesse nel raggiungimento di elevate prestazioni in applicazioni basate sull'effetto Brillouin con un'architettura più robusta.