用于宽带电磁波探测的天线耦合硅-有机混合集成光子晶体调制器

在本工作中，我们设计、制造并表征了一种紧凑、宽带且高灵敏度的集成光子电磁场传感器，该传感器基于由领结天线驱动的硅-有机混合调制器。有机聚合物的大电光 (EO) 系数、硅狭缝光子晶体波导 (PCW) 中的慢光效应，以及领结天线提供的宽带场增强，三者相结合增强了微波与光波的相互作用，实现了高电光调制效率，从而具有高灵敏度。实验证明，该调制器具有创纪录的器件内有效电光调制效率 r33=1230pm/V。测得的调制响应高达 40GHz，3-dB 带宽为 11GHz。狭缝 PCW 的相互作用长度为 300um，领结天线的面积小于 1cm2。实验表明，器件中的领结天线具有以 10GHz 为中心共振频率的宽带特性，以及可实现大范围入射角电磁波探测的大波束宽度。实验表明，该传感器在 8.4GHz 处的最小可探测电磁功率密度为 8.4mW/m2，对应的最小可探测电场为 2.5V/m，以及迄今报道的 0.000027V/m Hz^-1/2 的超高灵敏度。据我们所知，这是首个用于电磁波光子探测的硅-有机混合器件，也是首个 PCW 器件。最后，我们提出了一些未来的工作，包括基于天线耦合电光聚合物填充等离激元狭缝波导的太赫兹波传感器，以及全封装且带尾门的器件。