电光光子集成电路中的本征电荷噪声

理解热力学测量噪声对于从批量制造的半导体传感器中的电学和光学精密测量至关重要：在半导体传感器中，载流子的布朗运动构成了限制；而在用于原子钟或引力波探测的光学参考腔中，限制来自温度涨落向折射率和长度涨落转换所引起的热折射噪声和热弹性噪声。在此，我们发现新兴的电光光子集成电路中，出乎意料地，载流子密度涨落引发了一种新噪声过程。我们表明，铌酸锂和钽酸锂光子集成微谐振器在其噪声特性上表现出意外的闪烁型（即 $1/f^{1.2}$）标度，明显偏离公认的热折射噪声理论。我们表明该噪声与热力学电荷噪声一致，后者通过电光材料的强 Pockels 效应转换为电场涨落。我们的结果确立了电学 Johnson-Nyquist 噪声作为 Pockels 集成光子学的本征限制，这对于确定从超快可调低噪声激光器、Pockels 孤子微梳到量子转换、压缩光或纠缠光子对生成的经典与量子器件的性能极限都至关重要。同样，该观测提供了以极高精度探测介观电荷涨落的光学方法。