Control piezoeléctrico monolítico de las microcombas de solitón

Área de la Ciencia:

• Fotónica y ingeniería óptica
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería eléctrica

Sus antecedentes:

• La activación de frecuencias láser de alta velocidad es crucial para los relojes ópticos, la síntesis de frecuencias y la transferencia de estabilidad.
• Las microcombas integradas existentes, limitadas por actuadores térmicos (hasta 10 kHz), requieren componentes externos para el control del ancho de banda de megahertz.
• Los microcombos Soliton ofrecen generación de peine de frecuencia a escala de chip, pero carecen de activación integrada de alta velocidad.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar la alta velocidad, accionamiento integrado para microcombas solitón.
• Para lograr el control del ancho de banda de megahertz de las microcombas de solitón utilizando componentes piezoeléctricos.
• Para permitir nuevas aplicaciones para microcombs, como sistemas avanzados de lidar.

Principales métodos:

• Integración monolítica de actuadores piezoeléctricos de nitruro de aluminio (AlN) en circuitos fotónicos de nitruro de silicio (Si3N4) con pérdidas muy bajas.
• Demostración de inicio, ajuste y estabilización de solitones controlados por voltaje.
• Caracterización del rendimiento del actuador, incluido el ancho de banda, el consumo de energía, la linealidad y la histeresis.

Principales resultados:

• Se logró la activación del ancho de banda de megahertz para las microcombas de solitón, superando las limitaciones anteriores del modulador integrado y masivo.
• Ajuste bidireccional demostrado con bajo consumo de energía (300 nW), alta linealidad y baja histeresis.
• Motores LIDAR habilitados con modulación de frecuencia con una mayor excursión de frecuencia, menor potencia y menor distorsión.
• Mejoramiento de resonancia para la reducción de voltaje, compatible con la electrónica CMOS.

Conclusiones:

• La activación piezoeléctrica integrada proporciona una vía para el control de alta velocidad y ultrabaja potencia de las microcombas de solitón.
• Esta tecnología amplía significativamente la aplicabilidad de los peines de frecuencia a escala de chip.
• El enfoque desarrollado allana el camino para circuitos integrados fotónicos avanzados para la detección y la comunicación.