Introduksjon til strukturen og ytelsen tilTynnfilm litiumniobat elektrooptisk modulator
An elektrooptisk modulatorbasert på forskjellige strukturer, bølgelengder og plattformer av tynnfilmlitiumniobat, og en omfattende ytelsessammenligning av ulike typerEOM-modulatorer, samt en analyse av forskningen og anvendelsen avtynnfilm litiumniobatmodulatorerpå andre felt.
1. Ikke-resonant hulrom tynnfilm litiumniobatmodulator
Denne typen modulator er basert på den utmerkede elektrooptiske effekten til litiumniobatkrystall og er en nøkkelenhet for å oppnå optisk kommunikasjon med høy hastighet og lang avstand. Det er tre hovedstrukturer:
1.1 MZI-modulator for vandrebølgeelektrode: Dette er den mest typiske designen. Lončar-forskningsgruppen ved Harvard University oppnådde først en høyytelsesversjon i 2018, med påfølgende forbedringer inkludert kapasitiv belastning basert på kvartssubstrater (høy båndbredde, men inkompatibel med silisiumbasert) og silisiumbasert kompatibel basert på substratuthuling, noe som oppnår høy båndbredde (>67 GHz) og høyhastighets signaloverføring (som 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Sammenleggbar MZI-modulator: For å forkorte enhetsstørrelsen og tilpasse seg kompakte moduler som QSFP-DD, brukes polarisasjonsbehandling, kryssbølgeleder eller inverterte mikrostrukturelektroder for å redusere enhetslengden med halvparten og oppnå en båndbredde på 60 GHz.
1.3 Enkel/dobbel polarisasjon koherent ortogonal (IQ) modulator: Bruker høyereordens modulasjonsformat for å forbedre overføringshastigheten. Cai-forskningsgruppen ved Sun Yat-sen-universitetet oppnådde den første innebygde enkeltpolarisasjons-IQ-modulatoren i 2020. Den doble polarisasjons-IQ-modulatoren som ble utviklet i fremtiden har bedre ytelse, og versjonen basert på kvartssubstrat har satt en rekord for overføringshastighet for én bølgelengde på 1,96 Tbit/s.
2. Tynnfilms litiumniobatmodulator av resonant hulromstype
For å oppnå modulatorer med ultrasmå og store båndbredder finnes det forskjellige resonante hulromsstrukturer tilgjengelig:
2.1 Fotonisk krystall (PC) og mikroringmodulator: Lins forskningsgruppe ved University of Rochester har utviklet den første høytytende fotoniske krystallmodulatoren. I tillegg har det også blitt foreslått mikroringmodulatorer basert på heterogen integrasjon og homogen integrasjon av silisiumlitiumniobat, som oppnår båndbredder på flere GHz.
2.2 Bragg-gitter resonant hulromsmodulator: inkludert Fabry Perot (FP) hulrom, bølgeleder Bragg-gitter (WBG) og sakte lys (SL) modulator. Disse strukturene er designet for å balansere størrelse, prosesstoleranser og ytelse. For eksempel oppnår en 2 × 2 FP resonant hulromsmodulator en ultrastor båndbredde på over 110 GHz. Sakte lysmodulatoren basert på koblet Bragg-gitter utvider arbeidsbåndbreddeområdet.
3. Heterogen integrert tynnfilms litiumniobatmodulator
Det finnes tre hovedintegrasjonsmetoder for å kombinere kompatibiliteten til CMOS-teknologi på silisiumbaserte plattformer med den utmerkede modulasjonsytelsen til litiumniobat:
3.1 Heterogen integrasjon av bindingstype: Ved direkte binding med benzocyklobuten (BCB) eller silisiumdioksid overføres tynnfilmslitiumniobat til en silisium- eller silisiumnitridplattform, noe som oppnår wafernivå og stabil integrasjon ved høy temperatur. Modulatoren har høy båndbredde (>70 GHz, til og med over 110 GHz) og høyhastighets signaloverføringsevne.
3.2 Heterogen integrasjon av avsetningsbølgeledermateriale: avsetning av silisium eller silisiumnitrid på tynnfilmlitiumniobat som lastbølgeleder oppnår også effektiv elektrooptisk modulering.
3.3 Heterogen integrasjon av mikrotransferprinting (μ TP): Dette er en teknologi som forventes brukt til storskalaproduksjon, som overfører prefabrikkerte funksjonelle enheter til målbrikker gjennom høypresisjonsutstyr, og unngår kompleks etterbehandling. Den har blitt brukt med hell på silisiumnitrid og silisiumbaserte plattformer, og oppnår båndbredder på titalls GHz.
Oppsummert skisserer denne artikkelen systematisk den teknologiske veikartet for elektrooptiske modulatorer basert på tynnfilm-litiumniobatplattformer, fra å forfølge høytytende og storbåndbredde ikke-resonante hulromsstrukturer, utforske miniatyriserte resonante hulromsstrukturer og integrere med modne silisiumbaserte fotoniske plattformer. Den demonstrerer det enorme potensialet og den kontinuerlige fremgangen til tynnfilm-litiumniobatmodulatorer i å bryte gjennom ytelsesflaskehalsen til tradisjonelle modulatorer og oppnå høyhastighetsoptisk kommunikasjon.
Publisert: 31. mars 2026