Wprowadzenie do struktury i wydajnościCienkowarstwowy elektrooptyczny modulator niobianu litu
An modulator elektrooptycznyna podstawie różnych struktur, długości fal i platform cienkowarstwowego niobianu litu oraz kompleksowego porównania wydajności różnych typówModulatory EOMoraz analizę badań i zastosowańcienkowarstwowe modulatory niobianu lituw innych dziedzinach.
1. Modulator cienkowarstwowy z niobianem litu, bez wnęki rezonansowej
Ten typ modulatora opiera się na doskonałym efekcie elektrooptycznym kryształu niobianu litu i jest kluczowym urządzeniem do osiągnięcia szybkiej i dalekosiężnej komunikacji optycznej. Istnieją trzy główne struktury:
1.1 Modulator MZI z elektrodą fali bieżącej: To najbardziej typowa konstrukcja. Grupa badawcza Lončar na Uniwersytecie Harvarda po raz pierwszy opracowała wersję o wysokiej wydajności w 2018 roku, a kolejne ulepszenia obejmowały obciążenie pojemnościowe oparte na podłożach kwarcowych (o dużej szerokości pasma, ale niekompatybilne z podłożami krzemowymi) oraz kompatybilne z podłożami krzemowymi, oparte na wydrążaniu podłoża, co pozwoliło uzyskać wysoką szerokość pasma (>67 GHz) i szybką transmisję sygnału (np. 112 Gb/s PAM4).
1.2Składany modulator MZI: Aby skrócić rozmiar urządzenia i dostosować je do kompaktowych modułów, takich jak QSFP-DD, zastosowano obróbkę polaryzacyjną, poprzeczny falowód lub odwrócone elektrody mikrostrukturalne, co pozwala na zmniejszenie długości urządzenia o połowę i osiągnięcie szerokości pasma 60 GHz.
1.3 Modulator koherentny ortogonalny (IQ) z pojedynczą/podwójną polaryzacją: Wykorzystuje format modulacji wyższego rzędu w celu zwiększenia szybkości transmisji. Grupa badawcza Cai z Uniwersytetu Sun Yat-sena stworzyła w 2020 roku pierwszy wbudowany modulator IQ z pojedynczą polaryzacją. Opracowany w przyszłości modulator IQ z podwójną polaryzacją charakteryzuje się lepszą wydajnością, a wersja oparta na podłożu kwarcowym ustanowiła rekord szybkości transmisji dla pojedynczej długości fali wynoszący 1,96 Tb/s.
2. Modulator cienkowarstwowy z niobianem litu typu wnęki rezonansowej
Aby uzyskać modulatory o bardzo małej i dużej szerokości pasma, dostępne są różne struktury wnęk rezonansowych:
2.1Kryształ fotoniczny (PC) i modulator mikropierścieniowy: Grupa badawcza Lin z Uniwersytetu w Rochester opracowała pierwszy wysokowydajny modulator kryształu fotonicznego. Ponadto zaproponowano również modulatory mikropierścieniowe oparte na heterogenicznej integracji i homogenicznej integracji niobianu krzemu i litu, osiągające pasmo przenoszenia rzędu kilku GHz.
2.2 Modulator wnęki rezonansowej z siatką Bragga: w tym wnęka Fabry'ego-Perota (FP), siatka Bragga z falowodem (WBG) i modulator wolnego światła (SL). Struktury te zostały zaprojektowane tak, aby zrównoważyć rozmiar, tolerancje procesowe i wydajność, na przykład modulator wnęki rezonansowej 2 × 2 FP osiąga ultraszerokie pasmo przekraczające 110 GHz. Modulator wolnego światła oparty na sprzężonej siatce Bragga rozszerza zakres pasma roboczego.
3. Heterogeniczny zintegrowany cienkowarstwowy modulator niobianu litu
Istnieją trzy główne metody integracji łączące kompatybilność technologii CMOS na platformach opartych na krzemie z doskonałymi parametrami modulacji niobianu litu:
3.1 Integracja heterogeniczna typu wiązania: Poprzez bezpośrednie wiązanie z benzocyklobutenem (BCB) lub dwutlenkiem krzemu, cienkowarstwowy niobian litu jest przenoszony na platformę krzemową lub azotkową krzemu, uzyskując integrację na poziomie płytki półprzewodnikowej, stabilną w wysokiej temperaturze. Modulator charakteryzuje się dużą szerokością pasma (>70 GHz, a nawet przekraczającą 110 GHz) i możliwością szybkiej transmisji sygnału.
3.2 Niejednorodna integracja materiału falowodu osadzania: osadzanie krzemu lub azotku krzemu na cienkiej warstwie niobianu litu jako falowodu obciążeniowego pozwala również na osiągnięcie wydajnej modulacji elektrooptycznej.
3.3 Integracja heterogeniczna mikrodruku transferowego (μTP): Technologia ta ma znaleźć zastosowanie w produkcji na dużą skalę, umożliwiając przenoszenie prefabrykowanych urządzeń funkcjonalnych do docelowych układów scalonych za pomocą precyzyjnego sprzętu, unikając skomplikowanego przetwarzania końcowego. Została ona z powodzeniem zastosowana na platformach opartych na azotku krzemu i krzemie, osiągając przepustowość rzędu dziesiątek GHz.
Podsumowując, niniejszy artykuł systematycznie przedstawia technologiczny plan rozwoju modulatorów elektrooptycznych opartych na platformach cienkowarstwowych z niobianu litu, od dążenia do uzyskania wysokowydajnych i szerokopasmowych struktur wnęk rezonansowych, przez badanie miniaturowych struktur wnęk rezonansowych, po integrację z dojrzałymi platformami fotonicznymi na bazie krzemu. Prezentuje on ogromny potencjał i ciągły postęp cienkowarstwowych modulatorów z niobianu litu w przełamywaniu wąskiego gardła wydajności tradycyjnych modulatorów i osiąganiu szybkiej komunikacji optycznej.
Czas publikacji: 31-03-2026