A kutatás előrehaladásavékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátor
Az elektrooptikai modulátor az optikai kommunikációs rendszerek és a mikrohullámú fotonikus rendszerek központi eleme. Szabályozza a szabad térben vagy optikai hullámvezetőben terjedő fényt az alkalmazott elektromos tér által okozott anyag törésmutatójának megváltoztatásával. A hagyományos lítium-niobátelektrooptikai modulátorElektrooptikai anyagként tömbös lítium-niobát anyagot használ. Az egykristályos lítium-niobát anyagot lokálisan adalékolják hullámvezetővé titándiffúzióval vagy protoncsere-eljárással. A magréteg és a burkolóréteg közötti törésmutató-különbség nagyon kicsi, és a hullámvezető gyenge kötési képességgel rendelkezik a fénymezőhöz. A tokozott elektrooptikai modulátor teljes hossza általában 5~10 cm.
A lítium-niobát szigetelőn (LNOI) technológia hatékony megoldást kínál a lítium-niobát elektrooptikai modulátorok nagy méretével kapcsolatos problémákra. A hullámvezető magrétege és a burkolóréteg közötti törésmutató-különbség akár 0,7 is lehet, ami nagymértékben javítja a hullámvezető optikai móduskötési képességét és elektrooptikai szabályozó hatását, és az elektrooptikai modulátorok területének kutatási gócpontjává vált.
A mikromegmunkálási technológia fejlődésének köszönhetően az LNOI platformon alapuló elektrooptikai modulátorok fejlesztése gyors előrelépést mutatott, a kompakt méret és a teljesítmény folyamatos javulásának tendenciáját mutatva. Az alkalmazott hullámvezető szerkezet szerint a tipikus vékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátorok közvetlenül maratott hullámvezető elektrooptikai modulátorok, töltött hibridhullámvezető modulátorokés hibrid szilícium integrált hullámvezető elektrooptikai modulátorok.
Jelenleg a szárazmaratási eljárás fejlesztése jelentősen csökkenti a vékonyrétegű lítium-niobát hullámvezető veszteségét, a gerincbetöltési módszer megoldja a maratási folyamat nagy nehézségeit, és megvalósította a lítium-niobát elektrooptikai modulátort 1 V-nál kisebb félhullámú feszültséggel, és az érett SOI technológiával való kombináció megfelel a foton-elektron hibrid integráció trendjének. A vékonyrétegű lítium-niobát technológia előnyei az alacsony veszteségű, kis méretű és nagy sávszélességű integrált elektrooptikai modulátor megvalósításában a chipen. Elméletileg a 3 mm-es vékonyrétegű lítium-niobát push-pull...M⁃Z modulátorokA 3 dB-es elektrooptikai sávszélesség elérheti a 400 GHz-et, a kísérletileg előállított vékonyrétegű lítium-niobát modulátor sávszélessége pedig alig több mint 100 GHz-nek mondható, ami még mindig messze van az elméleti felső határtól. Az alapvető szerkezeti paraméterek optimalizálásával elérhető javulás korlátozott. A jövőben új mechanizmusok és struktúrák feltárása, például a standard koplanáris hullámvezető elektróda szegmentált mikrohullámú elektródaként történő tervezése szempontjából a modulátor teljesítménye tovább javítható.
Ezenkívül az integrált modulátor chip tokozás és a lézerekkel, detektorokkal és más eszközökkel való heterogén integráció megvalósítása a chipre egyszerre lehetőséget és kihívást jelent a vékonyrétegű lítium-niobát modulátorok jövőbeli fejlesztése szempontjából. A vékonyrétegű lítium-niobát elektrooptikai modulátor egyre fontosabb szerepet fog játszani a mikrohullámú foton, az optikai kommunikáció és más területeken.
Közzététel ideje: 2025. április 7.