Monolithic Barium Titanate Modulators on Silicon-on-Insulator Substrates

材料科学 光电子学 铌酸锂 硅光子学 波克尔效应 光调制器 绝缘体上的硅 插入损耗 光子学 钛酸钡 光学 电压 电气工程 相位调制 电介质 工程类 物理 相位噪声
作者
Zuoming Dong,Amogh Raju,Agham Posadas,Marc Reynaud,Alexander A. Demkov,Daniel Wasserman
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:10 (12): 4367-4376 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.3c01144
摘要

The linear electro-optic (Pockels) effect provides a mechanism for the rapid (and ideally lossless) modulation of a material's refractive index. Barium titanate (BTO), a complex oxide with a large Pockels coefficient and low optical loss, is thus of significant interest for devices essential to integrated silicon photonics (modulators, phased arrays, tunable resonators), offering decreased operating voltages and/or footprints, low-loss operation, and compatibility with existing CMOS fabrication infrastructure. However, fabrication and growth challenges have limited the direct integration of monolithic BTO-based optoelectrics on silicon substrates. Here we demonstrate a low loss, monolithic BTO device architecture fabricated in thin film epitaxial BTO integrated on silicon-on-insulator substrates by using off-axis RF-sputtering. Mach–Zehnder interferometer modulators are fabricated in the as-grown BTO and characterized spectrally and as a function of DC and AC applied biases. The electro-optical modulators show low losses and competitive VπL values compared to state-of-the-art lithium niobate modulators, in a monolithic architecture compatible with CMOS electronics and silicon integrated photonic circuitry.
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