Kemajuan penyelidikan modulator elektro-optik litium niobate filem nipis

Kemajuan penyelidikan bagimodulator elektro-optik litium niobate filem nipis

Modulator elektro-optik ialah peranti teras sistem komunikasi optik dan sistem fotonik gelombang mikro. Ia mengawal selia cahaya yang merambat dalam ruang bebas atau pandu gelombang optik dengan menukar indeks biasan bahan yang disebabkan oleh medan elektrik yang digunakan. Litium niobate tradisionalmodulator elektro-optikmenggunakan bahan litium niobate pukal sebagai bahan elektro-optik. Bahan litium niobate kristal tunggal didopkan secara tempatan untuk membentuk pandu gelombang melalui proses penyebaran titanium atau pertukaran proton. Perbezaan indeks biasan antara lapisan teras dan lapisan pelapisan adalah sangat kecil, dan pandu gelombang mempunyai keupayaan mengikat yang lemah pada medan cahaya. Jumlah panjang modulator elektro-optik yang dibungkus biasanya 5~10 cm.

Teknologi Lithium Niobate on Insulator (LNOI) menyediakan cara yang berkesan untuk menyelesaikan masalah modulator elektro-optik litium niobate saiz 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 peraturan elektro-optik pandu gelombang, dan telah menjadi tempat 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 biasa adalah modulator elektro-optik pandu gelombang terukir secara langsung, hibrid yang dimuatkanmodulator pandu gelombangdan modulator elektro-optik pandu gelombang bersepadu silikon hibrid.

Pada masa ini, peningkatan proses etsa kering sangat mengurangkan kehilangan pandu gelombang litium niobate filem nipis, kaedah pemuatan rabung menyelesaikan masalah kesukaran proses etsa yang tinggi, dan telah merealisasikan modulator elektro-optik lithium niobate dengan voltan kurang daripada 1 V separuh gelombang, dan gabungan dengan teknologi SOI matang mematuhi trend penyepaduan hibrid foton dan elektron. Teknologi litium niobate filem nipis mempunyai kelebihan dalam merealisasikan kehilangan rendah, saiz kecil dan modulator elektro-optik bersepadu lebar jalur besar pada cip. Secara teorinya, diramalkan bahawa filem nipis litium niobate tolak-tarik 3mmModulator M⁃ZJalur lebar 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 dengan mengoptimumkan parameter struktur asas adalah terhad. Pada masa hadapan, dari perspektif meneroka mekanisme dan struktur baharu, seperti mereka bentuk elektrod pandu gelombang coplanar standard sebagai elektrod gelombang mikro yang tersegmentasi, prestasi modulator boleh dipertingkatkan lagi.

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