克服环形调制器幅相权衡的二维材料平台

紧凑高速电光相位调制器在相控阵、量子与神经网络及光通信链路等多种大规模应用中至关重要。传统相位调制器受限于器件长度与光损耗间的基本权衡，制约其规模化。高精细度环形谐振器传统上用作紧凑强度调制器，但因相位变化伴随的高插入损耗，其用于相位调制受限。本文表明，通过同时调制折射率实部与虚部且程度相当（即$\frac{\Delta n}{\Delta k} \sim 1$），高精细度谐振器可实现强相位变化且低插入损耗。为实现该策略，我们采用混合平台，将低损耗SiN环形谐振器与电吸收石墨烯(Gr)及电折射WSe$_2$结合。在半径为50 $\mu$m的SiN环上嵌入长25 $\mu$m的Gr-Al$_2$O$_3$-WSe$_2$电容器，实现相位调制效率（$V_{\frac{\pi}{2}} \cdot L_{\frac{\pi}{2}}$）0.045 V $\cdot$ cm、相位变化$\frac{\pi}{2}$弧度时插入损耗(IL$_{\frac{\pi}{2}}$) 4.7 dB。我们发现Gr-Al$_2$O$_3$-WSe$_2$电容器可支持14.9 $\pm$ 0.1 GHz电光带宽。进一步表明，SiN-2D平台的$V_{\frac{\pi}{2}} \cdot L_{\frac{\pi}{2}}$至少比基于硅、硅上III-V、硅上石墨烯及铌酸锂的电光相位调制器低一个数量级。该SiN-2D混合平台为设计带石墨烯与过渡金属硫族化物(TMD)单层的紧凑高速可重构电路提供了动力，可赋能大规模光子系统集成。