Postęp badań nad cienkowarstwowym elektrooptycznym modulatorem niobianu litu

Postęp badańcienkowarstwowy modulator elektrooptyczny z niobianu litu

Modulator elektrooptyczny jest podstawowym elementem systemów komunikacji optycznej i mikrofalowych systemów fotonicznych. Reguluje on światło rozchodzące się w wolnej przestrzeni lub w światłowodzie poprzez zmianę współczynnika załamania światła materiału pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. Tradycyjny niobian litumodulator elektrooptycznyWykorzystuje materiał w postaci niobianu litu jako materiał elektrooptyczny. Monokrystaliczny niobian litu jest miejscowo domieszkowany, tworząc 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 zazwyczaj 5–10 cm.

Technologia niobianu litu na izolatorze (LNOI) stanowi skuteczny sposób rozwiązania problemu dużych rozmiarów modulatora elektrooptycznego z niobianu litu. Różnica współczynnika załamania światła między warstwą rdzenia falowodu a warstwą płaszcza wynosi do 0,7, co znacznie poprawia zdolność wiązania modów optycznych i efekt regulacji elektrooptycznej falowodu, stając się przedmiotem zainteresowania w dziedzinie modulatorów elektrooptycznych.

Dzięki rozwojowi technologii mikroobróbki, rozwój modulatorów elektrooptycznych opartych na platformie LNOI poczynił szybkie postępy, wykazując tendencję do zmniejszania rozmiarów i ciągłej poprawy wydajności. Ze względu na zastosowaną strukturę falowodu, typowe cienkowarstwowe modulatory elektrooptyczne z niobianem litu to bezpośrednio trawione modulatory elektrooptyczne z falowodem, obciążone hybrydowo.modulatory falowodoweoraz hybrydowe, zintegrowane, krzemowe modulatory elektrooptyczne ze światłowodami.

Obecnie udoskonalenie procesu suchego trawienia znacznie redukuje straty w cienkowarstwowym falowodzie z niobianu litu. Metoda ładowania grzbietowego rozwiązuje problem wysokiego stopnia trudności procesu trawienia. Dzięki niej powstał elektrooptyczny modulator z niobianu litu o napięciu półfalowym poniżej 1 V. Połączenie z zaawansowaną technologią SOI jest zgodne z trendem hybrydowej integracji fotonów i elektronów. Technologia cienkowarstwowego niobianu litu ma zalety w postaci niskich strat, małych rozmiarów i dużej szerokości pasma zintegrowanego modulatora elektrooptycznego na chipie. Teoretycznie przewiduje się, że cienkowarstwowy niobian litu o grubości 3 mm będzie działał w układzie push-pull.Modulatory M⁃ZSzerokość pasma elektrooptycznego 3 dB może sięgać do 400 GHz, a szerokość pasma eksperymentalnie przygotowanego cienkowarstwowego modulatora z niobianu litu wynosi nieco ponad 100 GHz, co wciąż jest dalekie od teoretycznego górnego limitu. Poprawa wynikająca z optymalizacji podstawowych parametrów strukturalnych jest ograniczona. W przyszłości, z perspektywy eksploracji nowych mechanizmów i struktur, takich jak zaprojektowanie standardowej koplanarnej elektrody falowodowej jako segmentowanej elektrody mikrofalowej, wydajność modulatora może ulec dalszej poprawie.

Ponadto, realizacja zintegrowanej obudowy układu modulatora i heterogenicznej integracji on-chip z laserami, detektorami i innymi urządzeniami stanowi zarówno szansę, jak i wyzwanie dla przyszłego rozwoju cienkowarstwowych modulatorów z niobianu litu. Cienkowarstwowy elektrooptyczny modulator z niobianu litu będzie odgrywał coraz ważniejszą rolę w mikrofalowej komunikacji fotonowej, komunikacji optycznej i innych dziedzinach.