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分極制御装置
自由空間における光波（および他の周波数の電磁波）はせん断波であり、その電場と磁場の振動方向は、伝搬方向に対して垂直な断面において様々な方向をとることができ、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、海洋などの分野で重要な応用価値を持つ。
自然界では、より効率的に移動するために、多くの生物が光の偏光を識別できる視覚システムを進化させてきました。例えば、ミツバチは5つの目（単眼3つ、複眼2つ）を持ち、それぞれの目には6,300個の小さな目があり、これによって空のあらゆる方向の光の偏光マップを取得できます。ミツバチはこの偏光マップを利用して、仲間を花まで正確に誘導することができます。人間はミツバチのように光の偏光を感知する生理器官を持たないため、人工的な装置を用いて光の偏光を感知・操作する必要があります。その典型的な例が、偏光メガネを使って異なる画像からの光を左右の目に垂直な偏光で導くことで、これは映画館の3D映画の原理となっています。
高性能な光偏光制御装置の開発は、偏光応用技術を発展させる鍵となります。代表的な偏光制御装置には、偏光状態発生器、スクランブラー、偏光アナライザー、偏光コントローラーなどがあります。近年、光偏光操作技術は急速に進歩し、多くの重要な新興分野に深く統合されつつあります。
取光通信例えば、データセンターにおける大規模データ伝送の需要に牽引され、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つつあり、偏光操作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できます。しかしながら、現状では偏光制御は主に個別の光部品によって実現されており、性能向上とコスト削減を著しく阻害しています。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、今後の光偏光制御デバイス開発における重要なトレンドとなっています。
しかしながら、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。一方では、デバイスサイズが大きく、集積化の開発ニーズを満たすことが難しい。他方では、電気光学相互作用が弱く、デバイスの駆動電圧が高い。
近年では、フォトニックデバイスニオブ酸リチウム薄膜材料をベースとした技術は、従来の技術よりも高速かつ低駆動電圧を実現し、歴史的な進歩を遂げている。ニオブ酸リチウムフォトニックデバイスそのため、業界で好まれています。最近の研究では、偏光発生器、スクランブラー、偏光アナライザー、偏光コントローラーなどの主要機能を含む、ニオブ酸リチウム薄膜フォトニック集積プラットフォーム上に集積型光偏光制御チップが実現されました。これらのチップの偏光発生速度、偏光消光比、偏光摂動速度、測定速度などの主要パラメータは、世界新記録を樹立し、高速、低コスト、寄生変調損失なし、低駆動電圧において優れた性能を示しました。この研究成果は、一連の高性能を初めて実現しました。ニオブ酸リチウム薄膜光偏光制御装置は、図1に示すように、2つの基本ユニットで構成されています。1. 偏光回転/スプリッター、2. マッハ・ジンデル干渉計（説明＞）。
投稿日時：2023年12月26日