Pengenalan kepada Struktur dan PrestasiModulator Elektrooptik Litium Niobate Filem Nipis
An modulator elektro-optikberdasarkan struktur, panjang gelombang dan platform litium niobate filem nipis yang berbeza, dan perbandingan prestasi komprehensif pelbagai jenisModulator EOM, serta analisis kajian dan aplikasimodulator litium niobate filem nipisdalam bidang-bidang lain.
1. Modulator niobate litium filem nipis rongga bukan resonan
Modulator jenis ini berdasarkan kesan elektro-optik kristal litium niobate yang sangat baik dan merupakan peranti utama untuk mencapai komunikasi optik berkelajuan tinggi dan jarak jauh. Terdapat tiga struktur utama:
1.1 Modulator MZI elektrod gelombang perjalanan: Ini adalah reka bentuk yang paling tipikal. Kumpulan penyelidikan Lon č ar di Universiti Harvard pertama kali mencapai versi berprestasi tinggi pada tahun 2018, dengan penambahbaikan berikutnya termasuk pemuatan kapasitif berdasarkan substrat kuarza (lebar jalur tinggi tetapi tidak serasi dengan berasaskan silikon) dan serasi berasaskan silikon berdasarkan pengosongan substrat, mencapai lebar jalur tinggi (>67 GHz) dan penghantaran isyarat berkelajuan tinggi (seperti PAM4 112 Gbit/s).
1.2 Modulator MZI Lipat: Untuk memendekkan saiz peranti dan menyesuaikan diri dengan modul padat seperti QSFP-DD, elektrod rawatan polarisasi, pandu gelombang silang atau mikrostruktur terbalik digunakan untuk mengurangkan separuh panjang peranti dan mencapai lebar jalur 60 GHz.
1.3 Modulator Ortogon Koheren (IQ) Pengkutuban Tunggal/Dua: Menggunakan format modulasi tertib tinggi untuk meningkatkan kadar penghantaran. Kumpulan penyelidikan Cai di Universiti Sun Yat-sen mencapai modulator IQ pengkutuban tunggal atas cip pertama pada tahun 2020. Modulator IQ pengkutuban dwi yang dibangunkan pada masa hadapan mempunyai prestasi yang lebih baik, dan versi berdasarkan substrat kuarza telah menetapkan rekod kadar penghantaran panjang gelombang tunggal sebanyak 1.96 Tbit/s.
2. Modulator litium niobate filem nipis jenis rongga resonan
Untuk mencapai modulator lebar jalur ultra kecil dan besar, terdapat pelbagai struktur rongga resonan yang tersedia:
2.1 Modulator kristal fotonik (PC) dan mikrocincin: Kumpulan penyelidikan Lin di Universiti Rochester telah membangunkan modulator kristal fotonik berprestasi tinggi yang pertama. Di samping itu, modulator mikrocincin berdasarkan integrasi heterogen silikon litium niobate dan integrasi homogen juga telah dicadangkan, mencapai lebar jalur beberapa GHz.
2.2 Modulator rongga resonans parutan Bragg: termasuk rongga Fabry Perot (FP), parutan Bragg pandu gelombang (WBG), dan modulator cahaya perlahan (SL). Struktur ini direka bentuk untuk mengimbangi saiz, toleransi proses dan prestasi, contohnya, modulator rongga resonans 2 × 2 FP mencapai lebar jalur ultra besar melebihi 110 GHz. Modulator cahaya perlahan berdasarkan parutan Bragg bergandingan meluaskan julat lebar jalur kerja.
3. Modulator litium niobate filem nipis bersepadu heterogen
Terdapat tiga kaedah integrasi utama untuk menggabungkan keserasian teknologi CMOS pada platform berasaskan silikon dengan prestasi modulasi litium niobate yang sangat baik:
3.1 Integrasi heterogen jenis ikatan: Dengan mengikat secara langsung dengan benzosiklobutena (BCB) atau silikon dioksida, litium niobate filem nipis dipindahkan ke platform silikon atau silikon nitrida, mencapai tahap wafer, integrasi stabil suhu tinggi. Modulator mempamerkan lebar jalur yang tinggi (>70 GHz, malah melebihi 110 GHz) dan keupayaan penghantaran isyarat berkelajuan tinggi.
3.2 Integrasi heterogen bahan pandu gelombang pemendapan: mendapan silikon atau silikon nitrida pada niobat litium filem nipis sebagai pandu gelombang beban juga mencapai modulasi elektro-optik yang cekap.
3.3 Integrasi heterogen percetakan pemindahan mikro (μTP): Ini adalah teknologi yang dijangka akan digunakan untuk pengeluaran berskala besar, yang memindahkan peranti berfungsi pasang siap ke cip sasaran melalui peralatan berketepatan tinggi, mengelakkan pemprosesan pasca yang kompleks. Ia telah berjaya digunakan pada silikon nitrida dan platform berasaskan silikon, mencapai lebar jalur berpuluh-puluh GHz.
Secara ringkasnya, artikel ini secara sistematik menggariskan pelan tindakan teknologi modulator elektro-optik berdasarkan platform litium niobate filem nipis, daripada mengejar struktur rongga bukan resonan berprestasi tinggi dan jalur lebar yang besar, meneroka struktur rongga resonan mini, dan mengintegrasikan dengan platform fotonik berasaskan silikon matang. Ia menunjukkan potensi yang besar dan kemajuan berterusan modulator litium niobate filem nipis dalam memecahkan kesesakan prestasi modulator tradisional dan mencapai komunikasi optik berkelajuan tinggi.
Masa siaran: 31 Mac 2026