前回に引き続き、2018年度の41号目のネイチャーのハイライトより。
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応用光学： ニオブ酸リチウム電気光学変調器を進歩させる
Nature 562, 7725
2018年10月4日
応用光学： ニオブ酸リチウム電気光学変調器を進歩させる
Nature 562, 7725
2018年10月4日
電気光学変調器は、電気信号を光信号に変換するもので、現代の通信ネットワークにおいて重要な役割を果たしている。量子フォトニクスにおけるそうしたデバイスの新用途には、高速動作し、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）技術と統合できるチップスケールの変調器が必要である。ニオブ酸リチウムを用いて作製したデバイスは、高速動作に適しているが、サイズがかなり大きいことが多く高い駆動電圧が必要であり、CMOSに適合しない。今回M Lončarたちは、かつてない性能を示しCMOSに適合する電圧で駆動できる、モノリシック集積ニオブ酸リチウム電気光学変調器を実証している。こうしたプラットフォームを用いれば、ピコ秒の時間スケールで再構成可能な大規模フォトニック回路を作製できるようになる可能性がある。
Letter p.101
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上記のようなものです。
これを量子フォトニクスにおけるデバイスの新用途となると、それに関する参考資料はほぼないです（苦笑）
本論文においては、日本語版の本誌では「応用光学：CMOS互換電圧で動作する集積ニオブ酸リチウム電気光学変調器」と題されています。
フルテキストを直訳しますと・・・
CMOS互換電圧で動作する集積ニオブ酸リチウム電気光学変調器
となり、Abstractを直訳しますと・・・
電気光学変調器は高速電子信号を光領域に変換し、現代の電気通信ネットワーク[1、2]およびマイクロ波フォトニックシステム[3、4]の重要なコンポーネントです。それらはまた、量子フォトニクス[5,6]や非相反光学系[7,8]のような新しい用途のためのビルディングブロックであることが期待されています。これらのアプリケーションはすべて、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）技術と互換性のある電圧で動作し、超高電気光学帯域幅を持ち、非常に低い光損失を特徴とするチップスケールの電気光学変調器を必要とします。シリコン、リン化インジウムまたはポリマーのような材料に基づく集積変調器プラットフォームは、使用される材料の固有の制限のためにこれらの要求を同時に満たすことがまだできていない。他方、ニオブ酸リチウム電気光学変調器、何十年もの間オプトエレクトロニクス産業の主力はニオブ酸リチウムを微細構造化することの困難さのためにオンチップに統合することに挑戦してきた。現在の世代のニオブ酸リチウム変調器は、かさばり、高価で、帯域幅が制限され、そして高い駆動電圧を必要とし、そしてそれ故に材料の全可能性に達することができない。ここではこれらの制限を克服し、CMOS互換の駆動電圧を特長とし、最大毎秒210ギガビットのデータレートをサポートし、0.5デシベル未満のオンチップ光損失を示すモノリシック集積ニオブ酸リチウム電気光学変調器を実証します。我々は、高い電気光学効率、超低光損失、および群速度整合を同時に達成するようにマイクロ波回路およびフォトニック回路を設計することによってこれを達成する。当社のスケーラブル変調器デバイスは、次世代の光通信ネットワークおよびマイクロ波フォトニックシステムに、費用対効果の高い低電力および超高速ソリューションを提供することができます。さらに、我々のアプローチは、ピコ秒の時間スケールで再構成可能な大規模な超低損失フォトニック回路につながる可能性があり、フィードフォワードフォトニック量子計算を含む幅広い量子および古典的応用[5、10、11]を可能にする。
となります。MainをFigが登場するまで直訳しますと・・・
将来のフォトニックシステムは、ＣＭＯＳコンパチブル駆動電圧、広い帯域幅、低い光学挿入損失、高い消光比、優れた信号品質および大規模製造との両立性を有する変調器を必要とする。ディスクリートニオブ酸リチウム（LN）変調器は集積化が困難であるため、シリコン[1,12,13]、リン化インジウム[14,15]、ポリマー[16、17]およびプラズモニクス[18]をベースにしたものを含む、微細加工プロセスと互換性のある他の多くのフォトニックプラットフォームが代わりに追求されている。これらは、優れたスケーラビリティと、CMOSエレクトロニクス（Si）、低駆動電圧（InP、ポリマー）、超広帯域幅（ポリマー、プラズモニクス）、および小さなフットプリント（Si、プラズモニクス）との統合の可能性を含む、優れた拡張性を示しています。これらのプラットフォームでは集積化の問題は大いに軽減されてきたが、基礎となる材料の理想的でない電気光学特性のために、所望の性能面をすべて同時に満たす変調器はとらえどころのないままである。
LNの材料特性は、超高速変調、低電圧動作、低光損失を同時に実現するのに非常に適しています。 LNの強い電気光学（ポッケルス）効果により、印加電圧に応じてフェムト秒のタイムスケールでその屈折率が直線的に変化します[19]。微細構造LNデバイスがより良い変調器性能を提供できることはしばらく前から知られていましたが[20]、LNはエッチングが難しいことで有名なので、ほとんどの市販のLN変調器は依然としてチタン拡散またはプロトン交換導波路に基づいています。これらの導波路は通常、コアとクラッディングの間で約0.02の低い屈折率コントラストΔnを持ち、大きな光学モードサイズをもたらします[21]。弱い光閉じ込めは、金属電極が光導波路から遠く離れて（約１０μｍ）離間されることを必要とし、電気光学効率を低下させる。結果として、今日のＬＮ変調器は、サイズがはるかに大きく、材料が支持することができるものよりもはるかに高い駆動電圧を必要とする。
近年、LNオンインシュレータプラットフォームは、統合型高性能モジュレータの有望な候補として浮上しています。このアプローチでは、単結晶、サブミクロン厚のLN膜が低屈折率基板（二酸化ケイ素、SiO 2）の上に接合され、LNデバイス層をドライエッチングすることによって導波路が作成されます[22]。これにより、0.7を超える高屈折率コントラストと、光モードが厳密に閉じ込められた[23、24、25、26、27、28、29]のLNフォトニックデバイスが生まれました。有望な電気光学効率を有する電気光学変調器が実証されている[25、26、27、29]。しかしながら、これらのデモンストレーションにおける実際のスイッチング電圧、帯域幅および光損失は依然として、理想的でないエッチング、電界と光電界との間の重なり合いの減少、および／または非効率なマイクロ波信号供給によって制限される重大なトレードオフを被る。 ＬＮ変調器において低いオン／オフスイッチング電圧、超広帯域幅および低い光損失を同時に達成することが可能であるかどうかは、依然として未解決の問題である。
続きはフルテキストをご参照くださいませ。
フルテキストは下記です。
Full Text：Letter p.101
究極に溜まりに溜まったネイチャー。次回は、「生態学： 暖かい春の影響」を取り上げます。
