[論文レビュー] Integrated electro-optics on thin-film lithium niobate

Yaowen Hu, Di Zhu+14 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2024

Photorefractive and Nonlinear Optics被引用数 5

ひとこと要約

薄膜リチウム niobate 上の統合電気光学のレビューで、強い電気光学結合、超低光損失、高いマイクロ波帯域幅、そしてフォトニックネットワークと量子技術における再構成性とスケーラビリティの機会を強調する。

ABSTRACT

Electro-optics serves as the crucial bridge between electronics and photonics, unlocking a wide array of applications ranging from communications and computing to sensing and quantum information. Integrated electro-optics approaches in particular enable essential electronic high-speed control for photonics while offering substantial photonic parallelism for electronics. Recent strides in thin-film lithium niobate photonics have ushered revolutionary advancements in electro-optics. This technology not only offers the requisite strong electro-optic coupling but also boasts ultra-low optical loss and high microwave bandwidth. Further, its tight confinement and compatibility with nanofabrication allow for unprecedented reconfigurability and scalability, facilitating the creation of novel and intricate devices and systems that were once deemed nearly impossible in bulk systems. Building upon this platform, the field has witnessed the emergence of various groundbreaking electro-optic devices surpassing the current state of the art, and introducing functionalities that were previously non-existent. This technological leap forward provides a unique framework to explore various realms of physics as well, including photonic non-Hermitian synthetic dimensions, active topological physics, and quantum electro-optics. In this review, we present the fundamental principles of electro-optics, drawing connections between fundamental science and the forefront of technology. We discuss the accomplishments and future prospects of integrated electro-optics, enabled by thin-film lithium niobate platform.

研究の動機と目的

• 薄膜リチウムniobate上で電子制御とフォトニクスを統合可能にする、電気光学の基本原理の説明。
• 薄膜リチウムniobateプラットフォームの最近の成果と、それがデバイス性能とスケーラビリティに与える影響の要約。
• このプラットフォームで統合電気光学を通じて探究される将来の展望と潜在的な物理学について論じる。

提案手法

• 薄膜リチウムniobate上での電気光学原理のレビューと統合の方法の総合。
• 再構成性、閉じ込め、ナノ加工適合性など、デバイスの能力についての議論。
• 技術動向を、非エルミート光学、能動的トポロジー物理、量子電気光学などの新興研究分野へ接続。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 薄膜リチウムniobate上で高性能な統合デバイスを可能にする基本的な電気光学機構は何ですか？
• RQ2 統合電気光学のための薄膜リチウムniobateプラットフォームの主要な性能利点（損失、帯域幅、閉じ込め）は何ですか？
• RQ3 このプラットフォームを通じてアクセス可能になる新しい物理学と応用には、フォトニック非エルミートや量子電気光学の領域を含め、どのようなものがありますか？
• RQ4 薄膜リチウムniobate上の拡張性があり再構成可能な統合電気光学システムの現在の制約と将来の方向性は何ですか？

主な発見

• 薄膜リチウムniobateは超低光損失と強い電気光学結合を提供します。
• このプラットフォームは高いマイクロ波帯域幅と緊密な光閉じ込めをサポートします。
• ナノ加工適合性により、高度に再構成可能でスケーラブルなデバイスとシステムを実現します。
• この技術は、非エルミート合成次元や量子電気光学などの新しい物理的領域の探査を可能にします。
• このレビューは、基礎科学と統合電気光学の技術的進歩および将来展望を結びつけます。