Forskningsfremgang for tynnfilms litiumniobat elektrooptisk modulator

Forskningsfremgang fortynnfilm litiumniobat elektrooptisk modulator

Elektrooptisk modulator er kjerneenheten i optiske kommunikasjonssystemer og mikrobølgefotoniske systemer. Den regulerer lysforplantningen i fritt rom eller optisk bølgeleder ved å endre materialets brytningsindeks forårsaket av det påførte elektriske feltet. Det tradisjonelle litiumniobatetelektrooptisk modulatorbruker bulk litiumniobatmateriale som elektrooptisk materiale. Enkrystalllitiumniobatmaterialet dopes lokalt for å danne en bølgeleder gjennom titandiffusjon eller protonutvekslingsprosessen. Forskjellen i brytningsindeks mellom kjernelaget og kledningslaget er svært liten, og bølgelederen har dårlig bindingsevne til lysfeltet. Den totale lengden på den pakkede elektrooptiske modulatoren er vanligvis 5~10 cm.

Litiumniobat på isolator (LNOI)-teknologi gir en effektiv måte å løse problemet med store litiumniobat-elektrooptiske modulatorer. Forskjellen i brytningsindeks mellom bølgelederkjernelaget og kledningslaget er opptil 0,7, noe som forbedrer bølgelederens optiske modusbindingsevne og elektrooptiske reguleringseffekt betraktelig, og har blitt et forskningsfokus innen elektrooptiske modulatorer.

På grunn av fremskrittene innen mikromaskineringsteknologi har utviklingen av elektrooptiske modulatorer basert på LNOI-plattformen gjort raske fremskritt, og viser en trend mot mer kompakt størrelse og kontinuerlig forbedring av ytelsen. I henhold til bølgelederstrukturen som brukes, er de typiske tynnfilm-litiumniobat-elektrooptiske modulatorene direkteetsede bølgeleder-elektrooptiske modulatorer, lastet hybridbølgeledermodulatorerog hybride silisiumintegrerte bølgelederelektrooptiske modulatorer.

For tiden reduserer forbedringen av tørretsingsprosessen tapet av tynnfilms-litiumniobatbølgeleder betraktelig. Ryggbelastningsmetoden løser problemet med høye vanskelighetsgrader i etsingsprosessen, og har realisert den elektrooptiske modulatoren for litiumniobat med en spenning på mindre enn 1 V halvbølge, og kombinasjonen med moden SOI-teknologi er i samsvar med trenden med foton- og elektronhybridintegrasjon. Tynnfilms-litiumniobatteknologi har fordeler ved å realisere en integrert elektrooptisk modulator på brikke med lavt tap, liten størrelse og stor båndbredde. Teoretisk sett er det spådd at 3 mm tynnfilms-litiumniobat push-pull vil være mulig.M⁃Z-modulatorer3dB elektrooptisk båndbredde kan nå opptil 400 GHz, og båndbredden til den eksperimentelt fremstilte tynnfilms-litiumniobatmodulatoren har blitt rapportert å være rett over 100 GHz, som fortsatt er langt fra den teoretiske øvre grensen. Forbedringen som oppnås ved å optimalisere de grunnleggende strukturelle parametrene er begrenset. I fremtiden, fra perspektivet om å utforske nye mekanismer og strukturer, for eksempel å designe den standard koplanære bølgelederelektroden som en segmentert mikrobølgeelektrode, kan modulatorens ytelse forbedres ytterligere.

I tillegg er realiseringen av integrert modulatorbrikkepakking og heterogen integrasjon på brikken med lasere, detektorer og andre enheter både en mulighet og en utfordring for fremtidig utvikling av tynnfilms-litiumniobatmodulatorer. Elektrooptiske tynnfilms-litiumniobatmodulatorer vil spille en viktigere rolle innen mikrobølgefotoner, optisk kommunikasjon og andre felt.