团队开发出在单模光纤跳线端面上集成电光调制器设备的方法

a, 用于直流（DC）和交流（AC）调制特性分析的实验装置，由一个光源、一个超光纤 EOM、一个带电压放大器的信号发生器和一个光学探测器组成。根据直流或交流调制测试的需要，光源可以选择超连续激光器（SLS）或可调谐电信激光器（TL），信号发生器使用静态偏置电压或射频（RF）比特信号，光检测器则使用光频谱分析仪（OSA）或带光电探测器的快速示波器（OPD）。EOM 块由三层组成：等离子体元表面（底层）、环氧乙烷聚合物（中间层）和均匀金膜（顶层），它们集成在单模光纤跳线（SMFJ）的端面上。 b, 等离子体元光纤 EOM 的直流调制性能。当直流偏置电压从 -100 V（绿线）变为 +100 V（红线）时，等离子体超光纤的反射光谱发生红移。插图显示波长为 1287 nm 时的调制深度为 11%。 c，不同驱动频率下超导质子纤维 EOM 的交流调制性能。上一行显示的是示波器在±1 V恒定偏置电压下的时间响应；下一行显示的是示波器在输出信号幅度几乎相同的情况下的时间响应。作者：张卜磊、孙新宇、于红艳、邓妮萍、邱峰、王继勇、邱敏
 

电光调制器（EOM）是光通信网络中的重要元件，通过外部电信号控制光的振幅、相位和偏振。为了实现超小型和高性能的电光调制器，目前大多数研究都以结合了半导体技术和最先进的可调材料的片上设备为目标。然而，作为独立的片上元件，集成 EOM 通常与光源分离。

因此，将光源的光线耦合到片上器件波导的额外接口是必不可少的。虽然目前已经采用了包括边缘耦合和光栅耦合在内的先进耦合方案，但它们仍然分别存在集成密度有限和窄带操作的问题。

此外，这两种耦合方案都需要超精确的对准和复杂的封装，这使得芯片上的器件对客户来说价格昂贵。因此，我们需要一种能够规避耦合复杂性并进一步降低耦合损耗的 EOM 器件。

在发表于《Light： 科学与应用》（Light: Science & Applications）上发表的一篇新论文中，一个科学家团队开发出了一种方法，可直接在单模光纤跳线面上集成 EOM 器件，利用光纤的标准接口将 EOM 器件与光源连接起来。

"邱敏教授说："利用我们之前工作中开发的标准纳米制造方法，EOM块可以直接集成在单模光纤的顶端，因此元光纤EOM本质上避免了耦合处理。

这种质子元光纤EOM具有定义明确的质子-有机混合构型。利用超薄和高品质因数的等离子体元表面、便于纳米加工和高效的环氧乙烷聚合物，可以很好地控制通过光的光谱振幅和品质因数，从而提高环氧乙烷调制的共振灵敏度。

"共同第一作者张磊和孙新宇补充说："更有趣的是，通过合理设计等离子体模式、谐振波导模式和法布里-珀罗模式，可以实现电信 O 波段和 S 波段的可调双波段操作。

元纤维 EOM 进一步由直流/交变电流电信号驱动。在偏置电压为±9 V的情况下，元光纤EOM的调制速度可高达1000 MHz，这是块状光纤集成EOM的最佳性能。

"这种超光纤 EOM 为设计超小型高性能 EO 器件提供了新的视角，适用于需要紧凑配置、高集成度和低耦合损耗的应用，例如有源锁模光纤激光器和可调宽带光纤偏振器。这项工作还为'即插即用'EO器件和超小型'全光纤'光学系统的实现提供了途径，这些器件和系统可用于通信、成像、传感等许多领域。

参考资料

Lei Zhang et al, Plasmonic metafibers electro-optic modulators, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01255-7