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
Nature 562, 7725 doi: 10.1038/s41586-018-0551-y
電気光学変調器は、高速電子信号を光領域に変換するもので、現代の通信ネットワークやマイクロ波フォトニクスシステムに欠かせない要素である。また、電気光学変調器は、量子フォトニクスや非相反光学素子などの新しい応用向けの構成要素となることも期待されている。こうした応用の全てには、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）技術に適合する電圧で動作し、電気光学帯域幅が非常に広く、非常に低い光学損失を特徴とするチップスケールの電気光学変調器が必要である。シリコン、リン化インジウム、ポリマーなどの材料に基づく集積変調器プラットフォームは、使用材料に固有の限界があるため、まだこれらの要求を同時に満たせていない。一方、ニオブ酸リチウム電気光学変調器は数十年前からオプトエレクトロニクス産業の主力となっているが、ニオブ酸リチウムの微細構造化が難しいため、オンチップ集積が困難である。現世代のニオブ酸リチウム変調器は、かさばり、高価で、帯域幅が狭く、高い駆動電圧を必要とするため、材料の潜在能力を十分発揮できていない。今回我々は、これらの制約を克服して、CMOS互換駆動電圧を特徴とし、データレートが最高210 Gbit s−1で、0.5 dB未満のオンチップ光学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たことを報告する。我々は、マイクロ波フォトニック回路を設計して高電気光学効率、超低光学損失、群速度整合を同時に達成することによって、この電気光学変調器を実現した。今回のスケーラブルな変調器デバイスは、次世代光通信ネットワークやマイクロ波フォトニック系向けに、費用効果が高く低消費電力で超高速のソリューションを提供する可能性がある。さらに、今回の手法を利用すれば、ピコ秒の時間スケールで再構成可能な大規模で超低損失のフォトニック回路を実現できる可能性があり、フィードフォワードフォトニック量子計算を含むさまざまな量子的応用や古典的応用が可能になると考えられる。
