单片钛酸钡纳米光子学与电光学

绝缘体上钛酸钡（BTOI）因其大的泡克耳斯系数（块体r42 > 1200 pm/V）而成为高速集成光子调制器的有吸引力的材料，该系数允许在保持强电光性能的同时实现调制器的小型化。单片蚀刻到BTOI中的亚波长纳米结构尤其令人兴奋，因为它们为亚波长光-物质相互作用和降低调制器能耗提供了一条途径。在此，我们设计、制造并表征了BTOI中的单片一维纳米光子晶体（PhC）和高Q值（230k）光子晶体法布里-珀罗（FP）腔。我们开发并优化了一种纳米制造工艺，该工艺产生各向异性（75度侧壁）和深蚀刻，具有低光学损耗，跑道形谐振器实现接近100万的固有品质因子和约0.5 dB/cm的传播损耗。我们的光子晶体表现出大于40 dB的带隙对比度，FP腔达到高达230k的负载品质因子。我们通过二次谐波产生显微镜验证了铁电畴排列，并提取了154 pm/V的有效泡克耳斯系数。通过探测PhC带边处的微波响应（其中调制带宽由材料的电光响应而非腔光子寿命决定），我们测量了11 GHz的3-dB电光带宽和21 GHz的6-dB带宽，与BTO的r42系数在10 GHz附近的频率相关滚降一致。最后，我们展示了谐振器和光子晶体带边处的各种调制效应，包括边带分辨调制、谐振带宽限制调制以及基于光子晶体的单边带调制和频率梳产生。