Onderzoeksvoortgang vandunnefilm lithiumniobaat elektro-optische modulator
Een elektro-optische modulator is het kernonderdeel van optische communicatiesystemen en microgolf-fotonische systemen. Het regelt de lichtvoortplanting in de vrije ruimte of een optische golfgeleider door de brekingsindex van het materiaal te veranderen als gevolg van een aangelegd elektrisch veld. De traditionele lithiumniobaatmodulator is hier een voorbeeld van.elektro-optische modulatorHet maakt gebruik van massief lithiumniobaat als elektro-optisch materiaal. Het lithiumniobaat-monokristal wordt lokaal gedoteerd om een golfgeleider te vormen door middel van titaniumdiffusie of protonuitwisseling. Het verschil in brekingsindex tussen de kernlaag en de bekledingslaag is zeer klein, waardoor de golfgeleider een zwak vermogen heeft om het lichtveld te binden. De totale lengte van de verpakte elektro-optische modulator bedraagt doorgaans 5 tot 10 cm.
Lithiumniobaat op isolator (LNOI)-technologie biedt een effectieve manier om het probleem van de grote afmetingen van lithiumniobaat-elektro-optische modulatoren op te lossen. Het verschil in brekingsindex tussen de kernlaag van de golfgeleider en de bekledingslaag bedraagt tot 0,7, wat het vermogen tot optische modusbinding en het elektro-optische regeleffect van de golfgeleider aanzienlijk verbetert. Dit heeft geleid tot een belangrijk onderzoeksthema binnen het vakgebied van elektro-optische modulatoren.
Door de vooruitgang in de microbewerkingstechnologie heeft de ontwikkeling van elektro-optische modulatoren op basis van het LNOI-platform een snelle ontwikkeling doorgemaakt, met een trend naar steeds compactere afmetingen en continue prestatieverbetering. Afhankelijk van de gebruikte golfgeleiderstructuur zijn de typische dunnefilm-lithiumniobaat-elektro-optische modulatoren direct geëtste golfgeleider-elektro-optische modulatoren en hybride modulatoren met een hogere dichtheid.golfgeleidermodulatorenen hybride silicium geïntegreerde golfgeleider elektro-optische modulatoren.
Momenteel zorgt de verbetering van het droogetsingsproces voor een aanzienlijke vermindering van het verlies in dunne lithiumniobaat-golfgeleiders. De ridge loading-methode lost het probleem van de hoge etskosten op en heeft geleid tot de realisatie van een lithiumniobaat-elektro-optische modulator met een halfgolfspanning van minder dan 1 V. De combinatie met de vol成熟e SOI-technologie sluit aan bij de trend van hybride integratie van fotonen en elektronen. Dunne lithiumniobaat-technologie biedt voordelen bij de realisatie van een geïntegreerde elektro-optische modulator op een chip met laag verlies, klein formaat en grote bandbreedte. Theoretisch wordt voorspeld dat een 3 mm dunne lithiumniobaat push-pull-structuurM⁃Z-modulatorDe 3dB elektro-optische bandbreedte kan oplopen tot 400 GHz, en de bandbreedte van de experimenteel vervaardigde dunnefilm-lithiumniobaatmodulator bedraagt naar verluidt iets meer dan 100 GHz, wat nog ver verwijderd is van de theoretische bovengrens. De verbetering die wordt bereikt door optimalisatie van de basisstructuurparameters is beperkt. In de toekomst kan de prestatie van de modulator verder worden verbeterd door nieuwe mechanismen en structuren te onderzoeken, zoals het ontwerpen van de standaard coplanaire golfgeleiderelektrode als een gesegmenteerde microgolfelektrode.
Daarnaast biedt de realisatie van geïntegreerde modulatorchipverpakkingen en on-chip heterogene integratie met lasers, detectoren en andere componenten zowel een kans als een uitdaging voor de toekomstige ontwikkeling van dunnefilm lithiumniobaatmodulatoren. Elektro-optische modulatoren op basis van dunnefilm lithiumniobaat zullen een steeds belangrijkere rol spelen in microgolf-fotonen, optische communicatie en andere gebieden.
Geplaatst op: 7 april 2025