Eo変調器シリーズ: 高速、低電圧、小型ニオブ酸リチウム薄膜偏光制御デバイス

Eo変調器シリーズ: 高速、低電圧、小型ニオブ酸リチウム薄膜偏光制御デバイス

自由空間における光波（および他の周波数の電磁波）は横波であり、その電場と磁場の振動方向は、伝播方向に垂直な断面において様々な方向を取り得る。これが光の偏光特性である。偏光は、コヒーレント光通信、産業用検出、生物医学、地球リモートセンシング、現代軍事、航空、海洋といった分野において重要な応用価値を有する。

自然界では、多くの生物がナビゲーションを向上させるために、光の偏光を区別できる視覚システムを進化させてきました。たとえば、ミツバチは5つの目（単眼3つ、複眼2つ）を持ち、それぞれに6,300個の小さな目があり、空のあらゆる方向の光の偏光マップを取得するのに役立ちます。ミツバチは偏光マップを使用して、自分の種が見つけた花の位置を特定し、正確に誘導することができます。人間にはミツバチのような光の偏光を感知する生理器官がないため、人工的な機器を使用して光の偏光を感知および操作する必要があります。典型的な例は、偏光メガネを使用して異なる画像の光を直交偏光で左目と右目に導くことです。これは、映画館の3D映画の原理です。

高性能光偏光制御デバイスの開発は、偏光応用技術の発展の鍵となります。代表的な偏光制御デバイスには、偏光状態生成器、スクランブラー、偏光アナライザー、偏光コントローラなどがあります。近年、光偏光制御技術は急速に進歩し、多くの重要な新興分野に深く浸透しています。

服用光通信例えば、データセンターにおける大量のデータ伝送の需要に押されて、長距離コヒーレント光学通信技術は、コストとエネルギー消費に非常に敏感な短距離相互接続アプリケーションへと徐々に普及しており、偏光制御技術を用いることで、短距離コヒーレント光通信システムのコストと消費電力を効果的に削減することができます。しかしながら、現在、偏光制御は主に個別の光学部品によって実現されており、性能向上とコスト削減に大きな制約が生じています。光電子集積技術の急速な発展に伴い、集積化とチップ化は、光偏光制御装置の将来の発展における重要なトレンドとなっています。
しかし、従来のニオブ酸リチウム結晶で作製された光導波路は、屈折率コントラストが小さく、光場結合能力が弱いという欠点がある。一方で、デバイスサイズが大きく、集積化の開発ニーズを満たすのが困難である。他方、電気光学相互作用が弱く、デバイスの駆動電圧が高いという欠点もある。

近年では、光子デバイスニオブ酸リチウム薄膜材料をベースにした技術は歴史的な進歩を遂げ、従来のものよりも高速かつ低駆動電圧を実現した。ニオブ酸リチウム光子デバイス、業界から高く評価されています。最近の研究では、ニオブ酸リチウム薄膜光子集積プラットフォーム上に、偏光発生器、スクランブラー、偏光分析器、偏光コントローラなどの主要な機能を備えた統合型光偏光制御チップが実現されています。これらのチップの主なパラメータ、例えば偏光発生速度、偏光消光比、偏光摂動速度、測定速度などは、世界記録を樹立し、高速、低コスト、寄生変調損失なし、低駆動電圧など、優れた性能を示しています。この研究成果は、初めて一連の高性能を実現しました。ニオブ酸リチウム薄膜光偏光制御デバイスは、図1に示すように、1.偏光回転/スプリッター、2.マッハジンデル干渉計（説明>）の2つの基本ユニットで構成されています。