Postęp badań nad cienkowarstwowym elektrooptycznym modulatorem niobianu litu

Postęp badańcienkowarstwowy modulator elektrooptyczny z niobianem litu

Modulator elektrooptyczny jest podstawowym urządzeniem optycznego systemu komunikacyjnego i mikrofalowego systemu fotonicznego. Reguluje światło rozprzestrzeniające się w wolnej przestrzeni lub światłowodzie optycznym poprzez zmianę współczynnika załamania materiału spowodowanego przez przyłożone pole elektryczne. Tradycyjny niobian litumodulator elektrooptycznywykorzystuje materiał niobianu litu jako materiał elektrooptyczny. Materiał niobianu litu o pojedynczym krysztale jest lokalnie domieszkowany, aby utworzyć falowód poprzez dyfuzję tytanu lub proces wymiany protonów. Różnica współczynnika załamania światła między warstwą rdzenia a warstwą płaszcza jest bardzo mała, a falowód ma słabą zdolność wiązania się z polem świetlnym. Całkowita długość zapakowanego modulatora elektrooptycznego wynosi zwykle 5~10 cm.

Technologia niobianu litu na izolatorze (LNOI) zapewnia skuteczny sposób rozwiązania problemu dużego rozmiaru elektrooptycznego modulatora niobianu litu. Różnica współczynnika załamania światła między rdzeniem falowodu a warstwą płaszcza wynosi do 0,7, co znacznie zwiększa zdolność wiązania modów optycznych i efekt regulacji elektrooptycznej falowodu, i stała się punktem zapalnym badań w dziedzinie modulatora elektrooptycznego.

Dzięki postępowi technologii mikroobróbki, rozwój elektrooptycznych modulatorów opartych na platformie LNOI poczynił szybkie postępy, wykazując tendencję do bardziej kompaktowych rozmiarów i ciągłej poprawy wydajności. Zgodnie z zastosowaną strukturą falowodu, typowe cienkowarstwowe elektrooptyczne modulatory z niobianu litu są bezpośrednio trawionymi elektrooptycznymi modulatorami falowodowymi, obciążonymi hybrydamimodulatory falowodoweoraz hybrydowe, zintegrowane modulatory elektrooptyczne z falowodem krzemowym.

Obecnie udoskonalenie procesu trawienia na sucho znacznie zmniejsza utratę cienkowarstwowego falowodu z niobianu litu, metoda ładowania grzbietowego rozwiązuje problem trudności w procesie trawienia i zrealizowała elektrooptyczny modulator niobianu litu o napięciu mniejszym niż 1 V półfali, a połączenie z dojrzałą technologią SOI jest zgodne z trendem hybrydowej integracji fotonów i elektronów. Technologia cienkowarstwowego niobianu litu ma zalety w realizacji zintegrowanego modulatora elektrooptycznego o niskiej stracie, małym rozmiarze i dużej przepustowości na chipie. Teoretycznie przewiduje się, że 3 mm cienkowarstwowy niobian litu push-pullModulatory M⁃ZSzerokość pasma elektrooptycznego 3 dB może sięgać do 400 GHz, a szerokość pasma eksperymentalnie przygotowanego cienkowarstwowego modulatora niobianu litu wynosi nieco ponad 100 GHz, co nadal jest dalekie od teoretycznego górnego limitu. Poprawa wprowadzona przez optymalizację podstawowych parametrów strukturalnych jest ograniczona. W przyszłości, z perspektywy eksploracji nowych mechanizmów i struktur, takich jak projektowanie standardowej koplanarnej elektrody falowodu jako segmentowanej elektrody mikrofalowej, wydajność modulatora może zostać jeszcze bardziej ulepszona.

Ponadto realizacja zintegrowanego układu modulatora i heterogenicznej integracji na chipie z laserami, detektorami i innymi urządzeniami jest zarówno szansą, jak i wyzwaniem dla przyszłego rozwoju cienkowarstwowych modulatorów niobianu litu. Cienkowarstwowy elektrooptyczny modulator niobianu litu będzie odgrywał ważniejszą rolę w mikrofalowej komunikacji fotonowej, optycznej i innych dziedzinach.