Bevezetés a szerkezetbe és a teljesítménybeVékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátor
An elektrooptikai modulátora vékonyrétegű lítium-niobát különböző szerkezetein, hullámhosszain és platformjain alapulva, valamint a különféle típusok átfogó teljesítmény-összehasonlításánEOM modulátorok, valamint a kutatás és az alkalmazás elemzésétvékonyrétegű lítium-niobát modulátorokmás területeken.
1. Nem rezonáns üregű vékonyrétegű lítium-niobát modulátor
Ez a típusú modulátor a lítium-niobát kristály kiváló elektrooptikai hatásán alapul, és kulcsfontosságú eszköz a nagy sebességű és nagy távolságú optikai kommunikáció eléréséhez. Három fő szerkezete van:
1.1 Haladóhullámú elektródás MZI modulátor: Ez a legtipikusabb kialakítás. A Harvard Egyetem Lon č ar kutatócsoportja először 2018-ban készített el egy nagy teljesítményű verziót, amelyet később továbbfejlesztettek, beleértve a kvarc szubsztrátokon alapuló kapacitív terhelést (nagy sávszélesség, de inkompatibilis a szilíciumalapúakkal) és a szubsztrát üregesítésén alapuló szilíciumalapú kompatibilitást, ami nagy sávszélességet (>67 GHz) és nagy sebességű jelátvitelt (például 112 Gbit/s PAM4) eredményezett.
1.2 Összecsukható MZI modulátor: Az eszköz méretének csökkentése és a kompakt modulokhoz, például a QSFP-DD-hez való alkalmazkodás érdekében polarizációs kezelést, kereszthullámvezetőt vagy invertált mikroszerkezetű elektródákat alkalmaznak az eszköz hosszának felére csökkentésére és a 60 GHz-es sávszélesség elérésére.
1.3 Egyszeres/kettős polarizációs koherens ortogonális (IQ) modulátor: Magas rendű modulációs formátumot használ az átviteli sebesség növelése érdekében. A Sun Yat-sen Egyetem Cai kutatócsoportja 2020-ban érte el az első, chipre integrált, egyetlen polarizációjú IQ modulátort. A jövőben kifejlesztett kettős polarizációjú IQ modulátor jobb teljesítményt nyújt, és a kvarc hordozón alapuló verzió 1,96 Tbit/s egyetlen hullámhosszú átviteli sebességrekordot állított fel.
2. Rezonáns üreg típusú vékonyrétegű lítium-niobát modulátor
Ultra kis és nagy sávszélességű modulátorok eléréséhez különféle rezonáns üregstruktúrák állnak rendelkezésre:
2.1 Fotonikus kristály (PC) és mikrogyűrűs modulátor: Lin kutatócsoportja a Rochesteri Egyetemen kifejlesztette az első nagy teljesítményű fotonikus kristálymodulátort. Ezenkívül szilícium-lítium-niobát heterogén integráción és homogén integráción alapuló mikrogyűrűs modulátorokat is javasoltak, amelyek több GHz-es sávszélességet érnek el.
2.2 Bragg-rácsos rezonáns üregmodulátor: Fabry-Perot (FP) üreg, hullámvezető Bragg-rács (WBG) és lassú fénymodulátor (SL). Ezeket a struktúrákat a méret, a folyamattűrések és a teljesítmény egyensúlyára tervezték, például egy 2 × 2 FP rezonáns üregmodulátor ultra nagy, 110 GHz-et meghaladó sávszélességet ér el. A csatolt Bragg-rácson alapuló lassú fénymodulátor kiterjeszti a működési sávszélesség-tartományt.
3. Heterogén integrált vékonyrétegű lítium-niobát modulátor
Három fő integrációs módszer létezik a CMOS technológia szilícium alapú platformokon való kompatibilitásának és a lítium-niobát kiváló modulációs teljesítményének kombinálására:
3.1 Kötés típusú heterogén integráció: Benzociklobuténnel (BCB) vagy szilícium-dioxiddal való közvetlen kötéssel a vékonyrétegű lítium-niobátot szilícium- vagy szilícium-nitrid platformra viszik át, így ostya szintű, magas hőmérsékleten stabil integrációt érnek el. A modulátor nagy sávszélességet (>70 GHz, akár 110 GHz felett) és nagy sebességű jelátviteli képességet mutat.
3.2 Hullámvezető anyag heterogén integrációja leválasztással: szilícium vagy szilícium-nitrid vékonyrétegű lítium-niobátra, mint terheléshullámvezetőre történő leválasztása szintén hatékony elektrooptikai modulációt eredményez.
3.3 Mikrotranszfernyomtatás (μTP) heterogén integráció: Ez egy olyan technológia, amelyet várhatóan nagyméretű gyártáshoz fognak használni, és amely nagy pontosságú berendezések segítségével előre gyártott funkcionális eszközöket visz át a célchipekre, elkerülve a bonyolult utófeldolgozást. Sikeresen alkalmazták szilícium-nitrid és szilícium alapú platformokon, több tíz GHz-es sávszélességet elérve.
Összefoglalva, ez a cikk szisztematikusan felvázolja a vékonyrétegű lítium-niobát platformokon alapuló elektrooptikai modulátorok technológiai ütemtervét, a nagy teljesítményű és nagy sávszélességű, nem rezonáns üregszerkezetek elérésétől a miniatürizált rezonáns üregszerkezetek feltárásán át az érett szilíciumalapú fotonikus platformokkal való integrációig. Bemutatja a vékonyrétegű lítium-niobát modulátorok hatalmas potenciálját és folyamatos fejlődését a hagyományos modulátorok teljesítménybeli szűk keresztmetszetének áttörésében és a nagysebességű optikai kommunikáció elérésében.
Közzététel ideje: 2026. márc. 31.