硅中基于 GHz 频率纳米机械的的电光转导

将电子学与光纤网络接口是实现经典与量子信息长距离传输的关键。压电光机械换能器利用 GHz 频率声学振动作为中介，通过光机械与压电相互作用的组合将微波光子转换为光学光子，从而实现此类接口。然而，尽管已有成功演示，由于混合材料集成相关的挑战以及压电材料在量子 regime 下工作时的损耗增加，高效的压电光机械转导仍难以实现。在此，我们展示了一种替代方法，在传统的绝缘体上硅（silicon-on-insulator）平台上驱动 5 GHz 声子。在我们的实验中，微波光子通过电荷偏置窄间隙电容器中实现的静电力谐振驱动声子晶体振荡器。随后机械振动经由声子波导传输至光机械腔，在泵浦激光场的边带中转化为光学光子。在室温与大气压下工作，我们测得在 3.3 MHz 带宽内微波到光子的转换效率为 $1.8 \times 10^{-7}$，并展示了半波电压 $V_\pi = 750$ mV 的高效相位调制。我们的结果标志着向基于晶体硅集成器件实现量子转导迈出了一步，此类器件有望实现高效高带宽操作并与超导量子比特集成。此外，无需压电性或其他本征非线性使我们的方法可适配多种材料，在量子技术之外的潜在应用中具有灵活性。