Heterogeneously integrated ITO plasmonic Mach-Zehnder interferometric modulator on SOI.
Heterogeneously integrated ITO plasmonic Mach-Zehnder interferometric modulator on SOI.
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SOI上异质集成ITO等离子体马赫-曾德尔干涉调制器。
DOI：
10.1038/s41598-020-80381-3
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发表时间：
2021-01-14
影响因子：
4.6
通讯作者：
Sorger VJ
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Amin R;Maiti R;Gui Y;Suer C;Miscuglio M;Heidari E;Khurgin JB;Chen RT;Dalir H;Sorger VJ
密集集成的有源光子学是下一代片上网络解决占地面积和能源预算问题的关键。然而，传统的有源硅光电子学中的弱光-物质相互作用要求相当大的器件长度。理想的有源材料选择应该利用高折射率调制，同时易于集成到硅光电子平台中。氧化铟锡(ITO)提供了这样的功能，并在最近显示出良好的调制能力。有趣的是，ITO的纳米-薄单位-强折射率调制将混合等离子体中的高群折射率与纳米尺度的光学模式协同地结合在一起。遵循这种设计模式，我们展示了一种频谱宽带、快速马赫-曾德尔干涉型调制器，表现出了高效率，表现出95伏πm的微型VμL，部署了一微米紧凑型静电可调等离子体移相器，基于异质集成的ITO薄膜到硅光子学中。此外，我们还表明，该设备范例能够在整个电信近红外C波段范围内实现频谱宽带操作。这种单片集成到硅平台中的亚波长短、高效和快速调制器为高密度光子电路开辟了新的可能性，这对于光子神经网络的高互连密度或例如GHz-FAST光学相控阵的应用至关重要。
Densely integrated active photonics is key for next generation on-chip networks for addressing both footprint and energy budget concerns. However, the weak light-matter interaction in traditional active Silicon optoelectronics mandates rather sizable device lengths. The ideal active material choice should avail high index modulation while being easily integrated into Silicon photonics platforms. Indium tin oxide (ITO) offers such functionalities and has shown promising modulation capacity recently. Interestingly, the nanometer-thin unity-strong index modulation of ITO synergistically combines the high group-index in hybrid plasmonic with nanoscale optical modes. Following this design paradigm, here, we demonstrate a spectrally broadband, GHz-fast Mach–Zehnder interferometric modulator, exhibiting a high efficiency signified by a miniscule VπL of 95 V μm, deploying a one-micrometer compact electrostatically tunable plasmonic phase-shifter, based on heterogeneously integrated ITO thin films into silicon photonics. Furthermore we show, that this device paradigm enables spectrally broadband operation across the entire telecommunication near infrared C-band. Such sub-wavelength short efficient and fast modulators monolithically integrated into Silicon platform open up new possibilities for high-density photonic circuitry, which is critical for high interconnect density of photonic neural networks or applications in GHz-fast optical phased-arrays, for example.
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