Kemajuan penyelidikan modulator elektro-optik litium niobate filem nipis

Kemajuan penyelidikanmodulator elektro-optik litium niobate filem nipis

Modulator elektro-optik ialah peranti teras sistem komunikasi optik dan sistem fotonik gelombang mikro. Ia mengawal selia penyebaran cahaya di ruang bebas atau pandu gelombang optik dengan mengubah indeks biasan bahan yang disebabkan oleh medan elektrik yang dikenakan. Niobate litium tradisionalmodulator elektro-optikMenggunakan bahan niobate litium pukal sebagai bahan elektro-optik. Bahan niobate litium kristal tunggal didop secara setempat untuk membentuk pandu gelombang melalui proses resapan titanium atau pertukaran proton. Perbezaan indeks biasan antara lapisan teras dan lapisan pelapisan adalah sangat kecil, dan pandu gelombang mempunyai keupayaan pengikatan yang lemah pada medan cahaya. Panjang keseluruhan modulator elektro-optik yang dibungkus biasanya 5~10 cm.

Teknologi Litium Niobate pada Penebat (LNOI) menyediakan cara yang berkesan untuk menyelesaikan masalah modulator elektro-optik litium niobate bersaiz besar. Perbezaan indeks biasan antara lapisan teras pandu gelombang dan lapisan pelapisan adalah sehingga 0.7, yang sangat meningkatkan keupayaan pengikatan mod optik dan kesan pengawalaturan elektro-optik pandu gelombang, dan telah menjadi tumpuan penyelidikan dalam bidang modulator elektro-optik.

Disebabkan kemajuan teknologi pemesinan mikro, pembangunan modulator elektro-optik berdasarkan platform LNOI telah mencapai kemajuan pesat, menunjukkan trend saiz yang lebih padat dan peningkatan prestasi yang berterusan. Mengikut struktur pandu gelombang yang digunakan, modulator elektro-optik litium niobate filem nipis yang biasa ialah modulator elektro-optik pandu gelombang terukir langsung, hibrid bermuatanmodulator pandu gelombangdan modulator elektro-optik pandu gelombang bersepadu silikon hibrid.

Pada masa ini, peningkatan proses etsa kering dapat mengurangkan kehilangan pandu gelombang litium niobate filem nipis dengan ketara, kaedah pemuatan rabung menyelesaikan masalah kesukaran proses etsa yang tinggi, dan telah merealisasikan modulator elektro-optik litium niobate dengan voltan separuh gelombang kurang daripada 1 V, dan gabungan dengan teknologi SOI matang mematuhi trend integrasi hibrid foton dan elektron. Teknologi litium niobate filem nipis mempunyai kelebihan dalam merealisasikan modulator elektro-optik bersepadu yang rendah, saiz kecil dan lebar jalur yang besar pada cip. Secara teorinya, diramalkan bahawa modulator elektro-optik bersepadu litium niobate filem nipis 3mm mempunyai daya tolak-tarik.Modulator M⁃ZLebar jalur elektro-optik 3dB boleh mencapai sehingga 400 GHz, dan lebar jalur modulator litium niobate filem nipis yang disediakan secara eksperimen telah dilaporkan hanya melebihi 100 GHz, yang masih jauh daripada had atas teori. Penambahbaikan yang dibawa oleh pengoptimuman parameter struktur asas adalah terhad. Pada masa hadapan, dari perspektif penerokaan mekanisme dan struktur baharu, seperti mereka bentuk elektrod pandu gelombang koplanar standard sebagai elektrod gelombang mikro bersegmen, prestasi modulator mungkin akan dipertingkatkan lagi.

Di samping itu, merealisasikan pembungkusan cip modulator bersepadu dan integrasi heterogen atas cip dengan laser, pengesan dan peranti lain merupakan peluang dan cabaran untuk pembangunan masa depan modulator litium niobate filem nipis. Modulator elektro-optik litium niobate filem nipis akan memainkan peranan yang lebih penting dalam foton gelombang mikro, komunikasi optik dan bidang lain.