Progresul cercetării modulatorului electro-optic cu peliculă subțire de niobat de litiu

Progresul cercetăriimodulator electro-optic cu peliculă subțire de niobat de litiu

Modulatorul electro-optic este dispozitivul central al sistemului de comunicații optice și al sistemului fotonic cu microunde. Acesta reglează propagarea luminii în spațiul liber sau în ghidul de undă optic prin modificarea indicelui de refracție al materialului cauzată de câmpul electric aplicat. Niobatul de litiu tradițional...modulator electro-opticutilizează material niobat de litiu în vrac ca material electro-optic. Materialul monocristal de niobat de litiu este dopat local pentru a forma un ghid de undă prin difuzie de titan sau proces de schimb de protoni. Diferența de indice de refracție dintre stratul central și stratul de înveliș este foarte mică, iar ghidul de undă are o capacitate slabă de legare la câmpul luminos. Lungimea totală a modulatorului electro-optic ambalat este de obicei de 5~10 cm.

Tehnologia Lithium Niobate on Insulator (LNOI) oferă o modalitate eficientă de a rezolva problema dimensiunilor mari ale modulatorului electro-optic pe bază de niobat de litiu. Diferența de indice de refracție dintre stratul central al ghidului de undă și stratul de înveliș este de până la 0,7, ceea ce îmbunătățește considerabil capacitatea de legare a modului optic și efectul de reglare electro-optică al ghidului de undă și a devenit un punct fierbinte de cercetare în domeniul modulatorului electro-optic.

Datorită progresului tehnologiei de micro-prelucrare, dezvoltarea modulatoarelor electro-optice bazate pe platforma LNOI a înregistrat progrese rapide, demonstrând o tendință de dimensiuni mai compacte și îmbunătățire continuă a performanței. Conform structurii ghidului de undă utilizată, modulatoarele electro-optice tipice cu peliculă subțire de niobat de litiu sunt modulatoare electro-optice cu ghid de undă gravate direct, hibride încărcate.modulatoare cu ghid de undăși modulatori electro-optici cu ghid de undă integrat cu siliciu hibrid.

În prezent, îmbunătățirea procesului de gravare uscată reduce considerabil pierderile din ghidul de undă cu peliculă subțire de niobat de litiu, metoda de încărcare pe creste rezolvă problema dificultății ridicate a procesului de gravare și a permis realizarea unui modulator electro-optic cu niobat de litiu cu o tensiune de jumătate de undă mai mică de 1 V, iar combinația cu tehnologia SOI matură respectă tendința de integrare hibridă foton-electron. Tehnologia cu peliculă subțire de niobat de litiu are avantaje în realizarea unui modulator electro-optic integrat pe cip cu pierderi reduse, dimensiuni mici și lățime de bandă mare. Teoretic, se preconizează că modulatorul push-pull cu peliculă subțire de niobat de litiu de 3 mm...Modulatoare M⁃ZLățimea de bandă electro-optică de 3dB poate ajunge până la 400 GHz, iar lățimea de bandă a modulatorului de niobat de litiu cu peliculă subțire preparat experimental a fost raportată a fi puțin peste 100 GHz, ceea ce este încă departe de limita superioară teoretică. Îmbunătățirea adusă prin optimizarea parametrilor structurali de bază este limitată. În viitor, din perspectiva explorării de noi mecanisme și structuri, cum ar fi proiectarea electrodului standard de ghid de undă coplanar ca electrod segmentat cu microunde, performanța modulatorului ar putea fi îmbunătățită în continuare.

În plus, realizarea unui ambalaj integrat pentru cipuri de modulator și a integrării eterogene pe cip cu lasere, detectoare și alte dispozitive reprezintă atât o oportunitate, cât și o provocare pentru dezvoltarea viitoare a modulatorilor cu peliculă subțire de niobat de litiu. Modulatorul electro-optic cu peliculă subțire de niobat de litiu va juca un rol mai important în fotonii cu microunde, comunicațiile optice și alte domenii.