Introducere în structura și performanțaModulator electrooptic cu peliculă subțire de niobat de litiu
An modulator electro-opticbazate pe diferite structuri, lungimi de undă și platforme de niobat de litiu în peliculă subțire și o comparație cuprinzătoare a performanței diferitelor tipuri deModulatori EOM, precum și o analiză a cercetării și aplicăriimodulatori de niobat de litiu cu peliculă subțireîn alte domenii.
1. Modulator de niobat de litiu cu peliculă subțire în cavitate nerezonantă
Acest tip de modulator se bazează pe efectul electro-optic excelent al cristalului de niobat de litiu și este un dispozitiv cheie pentru realizarea comunicațiilor optice de mare viteză și la distanță lungă. Există trei structuri principale:
1.1 Modulator MZI cu electrod cu undă călătoare: Acesta este cel mai tipic design. Grupul de cercetare Lončar de la Universitatea Harvard a realizat pentru prima dată o versiune de înaltă performanță în 2018, cu îmbunătățiri ulterioare, inclusiv încărcare capacitivă bazată pe substraturi de cuarț (lățime de bandă mare, dar incompatibilă cu cele pe bază de siliciu) și compatibilitate pe bază de siliciu bazată pe scobitura substratului, obținând o lățime de bandă mare (>67 GHz) și o transmisie a semnalului de mare viteză (cum ar fi PAM4 de 112 Gbit/s).
1.2 Modulator MZI pliabil: Pentru a scurta dimensiunea dispozitivului și a se adapta la module compacte precum QSFP-DD, se utilizează tratament de polarizare, ghid de undă încrucișat sau electrozi cu microstructură inversată pentru a reduce lungimea dispozitivului la jumătate și a obține o lățime de bandă de 60 GHz.
1.3 Modulator ortogonal coerent (IQ) cu polarizare simplă/duală: Utilizează formatul de modulație de ordin superior pentru a îmbunătăți rata de transmisie. Grupul de cercetare Cai de la Universitatea Sun Yat-sen a realizat primul modulator IQ cu polarizare simplă on-chip în 2020. Modulatorul IQ cu polarizare duală dezvoltat în viitor are performanțe mai bune, iar versiunea bazată pe substrat de cuarț a stabilit un record al ratei de transmisie pe o singură lungime de undă de 1,96 Tbit/s.
2. Modulator de niobat de litiu cu peliculă subțire de tip cavitate rezonantă
Pentru a obține modulatori cu lățime de bandă ultra-mică și ultra-mare, există diverse structuri de cavitate rezonantă disponibile:
2.1 Cristal fotonic (PC) și modulator micro-inelar: Grupul de cercetare al lui Lin de la Universitatea din Rochester a dezvoltat primul modulator cu cristale fotonice de înaltă performanță. În plus, au fost propuși și modulatori micro-inelari bazați pe integrare eterogenă și integrare omogenă de siliciu-niobat de litiu, care ating lățimi de bandă de câțiva GHz.
2.2 Modulator de cavitate rezonantă cu rețea Bragg: include cavitatea Fabry Perot (FP), rețeaua Bragg cu ghid de undă (WBG) și modulatorul de lumină lentă (SL). Aceste structuri sunt proiectate pentru a echilibra dimensiunea, toleranțele de proces și performanța, de exemplu, un modulator de cavitate rezonantă FP 2 × 2 atinge o lățime de bandă ultra-mare care depășește 110 GHz. Modulatorul de lumină lentă bazat pe rețeaua Bragg cuplată extinde intervalul de lățime de bandă de lucru.
3. Modulator de niobat de litiu cu peliculă subțire integrat eterogen
Există trei metode principale de integrare pentru a combina compatibilitatea tehnologiei CMOS pe platformele bazate pe siliciu cu performanța excelentă de modulație a niobatului de litiu:
3.1 Integrare eterogenă de tip legătură: Prin legare directă cu benzociclobutenă (BCB) sau dioxid de siliciu, niobatul de litiu în peliculă subțire este transferat pe o platformă de siliciu sau nitrură de siliciu, obținând o integrare stabilă la temperaturi ridicate și la nivel de plachetă. Modulatorul prezintă o lățime de bandă mare (>70 GHz, chiar depășind 110 GHz) și o capacitate de transmisie a semnalului de mare viteză.
3.2 Integrarea eterogenă a materialelor cu ghid de undă prin depunere: depunerea de siliciu sau nitrură de siliciu pe o peliculă subțire de niobat de litiu ca ghid de undă de sarcină realizează, de asemenea, o modulație electro-optică eficientă.
3.3 Integrare eterogenă prin imprimare prin microtransfer (μ TP): Aceasta este o tehnologie care se așteaptă să fie utilizată pentru producția la scară largă, transferând dispozitive funcționale prefabricate către cipuri țintă prin intermediul unor echipamente de înaltă precizie, evitând post-procesarea complexă. A fost aplicată cu succes pe platforme pe bază de nitrură de siliciu și pe bază de siliciu, atingând lățimi de bandă de zeci de GHz.
În concluzie, acest articol prezintă sistematic foaia de parcurs tehnologică a modulatorilor electro-optici bazați pe platforme de niobat de litiu cu peliculă subțire, de la urmărirea structurilor cavitare nerezonante de înaltă performanță și lățime de bandă mare, explorarea structurilor cavitare rezonante miniaturizate și integrarea cu platforme fotonice mature pe bază de siliciu. Acesta demonstrează potențialul enorm și progresul continuu al modulatorilor de niobat de litiu cu peliculă subțire în depășirea blocajelor de performanță ale modulatorilor tradiționali și în realizarea comunicațiilor optice de mare viteză.
Data publicării: 31 martie 2026