L'application d'états liés dans le continuum (BIC) dans les circuits intégrés photoniques permet un guidage et un routage de la lumière à faible perte dans des guides d'ondes à faible indice de réfraction sur des substrats à indice de réfraction élevé. Ici, nous démontrons des microcavités intégrées de niobate de lithium de haute qualité avec des BIC circulants et modulons davantage ces BIC par des ondes acoustiques de surface. Le couplage acousto-optique est bien situé dans le régime de bande latérale résolue, ce qui conduit à un couplage cohérent entre les micro-ondes et les photons optiques, comme le montrent la transparence et l'absorption induites électro-acousto-optiquement observées.

L'exploitation des états liés dans le continuum (BIC) dans les circuits intégrés photoniques (PIC) permet un guidage et un routage de la lumière à faible perte avec un guide d'ondes à faible indice de réfraction sur un substrat à indice de réfraction élevé. Les PIC fonctionnant selon le principe BIC ne nécessitent pas de structuration de micro- ou nanostructures dans le matériau photonique fonctionnel. Sans l'exigence stricte d'une gravure de haute qualité, de nombreux matériaux monocristallins qui présentent d'excellentes fonctionnalités optiques sous forme massive peuvent désormais être introduits dans la plate-forme photonique intégrée.

L'acousto-optique implique l'étude des interactions phonon-photon basées sur les changements de l'indice de réfraction d'un milieu dus à la présence d'ondes acoustiques dans ce milieu. Les ondes acoustiques de surface (SAW) qui se propagent sur les surfaces d'un matériau piézoélectrique en couche mince peuvent être confinées dans une épaisseur inférieure à la longueur d'onde acoustique, produisant des phonons à très haute densité dans la région proche de la surface. La petite zone modale acoustique, qui est comparable à la zone modale optique, entraîne un chevauchement important entre les deux modes dans les guides d'ondes photoniques. Par conséquent, Les SAW peuvent être utilisés pour obtenir de fortes interactions acousto-optiques dans des dispositifs nanophotoniques.

Niobate de lithium (LiNbO 3 ) est une plate-forme idéale pour la recherche sur les interactions phonon-photon car elle possède de grands coefficients piézoélectriques et est optiquement transparente sur une large gamme de longueurs d'onde. Il peut être utilisé pour générer efficacement des SAW et prendre en charge les cavités photoniques avec des facteurs de qualité élevés. Comme les PIC fonctionnant sous le mécanisme BIC permettent une sélection flexible des matériaux piézoélectriques, LiNbO 3 peut être adopté pour fabriquer des microcavités photoniques de haute qualité sur une puce sans avoir besoin de gravure.

Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , des chercheurs de l'Université chinoise de Hong Kong ont démontré une microcavité photonique de haute qualité basée sur le mécanisme BIC, qui a été intégré avec un transducteur interdigital SAW monolithiquement sur un LiNbO à couche mince 3 -Plateforme sur isolant. La cavité a été construite simplement en modelant des guides d'ondes à faible indice de réfraction sur le LiNbO à indice de réfraction élevé 3 substrat sans relever le défi d'une gravure de haute qualité de LiNbO 3 .

Les dispositifs ont été fabriqués sur un LiNbO de 400 nm 3 plaquette sur isolant avec une approche de nanofabrication descendante standard. Les résonances optiques de la microcavité de l'hippodrome fabriquée ont été mesurées, avec le facteur de qualité optique intrinsèque le plus élevé atteignant ~ 500, 000. La modulation acousto-optique des modes BIC de résonance de cavité a été démontrée pour la première fois, avec une fréquence de modulation supérieure à 4 GHz. La combinaison de la haute fréquence du SAW et de la largeur de raie sub-GHz de la résonance de la cavité permet un couplage acousto-optique dans le régime de bande latérale résolue, produisant un couplage cohérent entre les micro-ondes et les photons optiques, comme en témoignent la transparence et l'absorption induites électro-acousto-optiquement.

La caractéristique unique et le principal avantage du présent schéma sont qu'en exploitant le guidage de la lumière à faible perte sous le mécanisme BIC, le monocristal LiNbO 3 la couche est exempte de gravure, produisant ainsi des SAW de longueurs d'onde acoustiques uniformes et de faibles pertes de propagation acoustique, ce qui facilite un couplage phonon-photon très efficace. Le fort couplage phonon-photon obtenu peut être exploité pour développer une large gamme d'applications photoniques basées sur la diffusion Brillouin, y compris les lignes à retard, stockage léger, traitement du signal hyperfréquence, Lasers et amplificateurs Brillouin, et la transmission lumineuse non réciproque. En outre, les ondes acoustiques itinérantes ici étaient excitées électriquement, étant beaucoup plus forts que ceux excités par les méthodes optiques. En utilisant un matériau piézoélectrique, il n'est pas nécessaire de fabriquer des structures suspendues délicates similaires à celles des dispositifs conventionnels basés sur la diffusion Brillouin stimulée sur puce. Par conséquent, nos dispositifs démontrés sont très prometteurs pour atteindre des performances élevées dans les applications basées sur l'effet Brillouin avec une architecture plus robuste.