Úvod do struktury a výkonuTenkovrstvý elektrooptický modulátor lithium-niobátu
An elektrooptický modulátorna základě různých struktur, vlnových délek a platforem tenkovrstvého niobátu lithného a komplexního srovnání výkonu různých typůEOM modulátory, jakož i analýzu výzkumu a aplikacetenkovrstvé modulátory niobátu lithiav jiných oborech.
1. Modulátor s tenkým filmem lithium-niobátu s nerezonanční dutinou
Tento typ modulátoru je založen na vynikajícím elektrooptickém efektu krystalu niobátu lithného a je klíčovým zařízením pro dosažení vysokorychlostní optické komunikace na velké vzdálenosti. Existují tři hlavní struktury:
1.1 Modulátor MZI s postupující vlnou: Toto je nejtypičtější konstrukce. Výzkumná skupina Lon č ar na Harvardově univerzitě poprvé dosáhla vysoce výkonné verze v roce 2018 s následnými vylepšeními, včetně kapacitního zatížení založeného na křemenných substrátech (vysokofrekvenční, ale nekompatibilní s křemíkovými) a kompatibilního zatížení založeného na dutinách substrátu, čímž se dosáhlo vysoké šířky pásma (>67 GHz) a vysokorychlostního přenosu signálu (například 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Skládací MZI modulátor: Aby se zkrátila velikost zařízení a přizpůsobilo se kompaktním modulům, jako je QSFP-DD, používá se polarizační úprava, křížový vlnovod nebo invertované mikrostrukturní elektrody, které zkracují délku zařízení na polovinu a dosahují šířky pásma 60 GHz.
1.3 Jedno/dvojitě polarizační koherentní ortogonální (IQ) modulátor: Využívá formát modulace vyššího řádu pro zvýšení přenosové rychlosti. Výzkumná skupina Cai na Sun Yat-senově univerzitě dosáhla prvního integrovaného čipového IQ modulátoru s jednou polarizací v roce 2020. Dvoupolarizační IQ modulátor vyvinutý v budoucnu má lepší výkon a verze založená na křemenném substrátu stanovila rekordní přenosovou rychlost na jedné vlnové délce 1,96 Tbit/s.
2. Tenkovrstvý modulátor lithium-niobátu s rezonanční dutinou
Pro dosažení modulátorů s ultra malým a velkým šířkem pásma jsou k dispozici různé struktury rezonančních dutin:
2.1 Fotonický krystal (PC) a mikrokruhový modulátor: Linova výzkumná skupina na Univerzitě v Rochesteru vyvinula první vysoce výkonný fotonický krystalový modulátor. Kromě toho byly také navrženy mikrokruhové modulátory založené na heterogenní a homogenní integraci niobátu křemíku a lithia, které dosahují šířky pásma několika GHz.
2.2 Modulátor s rezonanční dutinou s Braggovou mřížkou: včetně Fabry-Perotové (FP) dutiny, vlnovodové Braggovy mřížky (WBG) a modulátoru pomalého světla (SL). Tyto struktury jsou navrženy tak, aby vyvažovaly velikost, procesní tolerance a výkon, například modulátor s rezonanční dutinou 2 × 2 FP dosahuje ultra velké šířky pásma přesahující 110 GHz. Modulátor pomalého světla založený na vázané Braggově mřížce rozšiřuje pracovní rozsah šířky pásma.
3. Heterogenní integrovaný tenkovrstvý modulátor niobátu lithného
Existují tři hlavní integrační metody, které kombinují kompatibilitu technologie CMOS na platformách založených na křemíku s vynikajícím modulačním výkonem niobátu lithného:
3.1 Heterogenní integrace typu vazby: Přímým navázáním vazby s benzocyklobutenem (BCB) nebo oxidem křemičitým se tenký film niobátu lithného přenese na křemíkovou nebo nitridovou platformu křemíku, čímž se dosáhne integrace na úrovni destičky a stabilní při vysokých teplotách. Modulátor vykazuje vysokou šířku pásma (>70 GHz, dokonce i přes 110 GHz) a schopnost vysokorychlostního přenosu signálu.
3.2 Heterogenní integrace materiálu vlnovodu pro nanášení: nanášení křemíku nebo nitridu křemíku na tenký film niobátu lithného jako zátěžového vlnovodu také dosahuje účinné elektrooptické modulace.
3.3Heteringová integrace mikrotransferového tisku (μ TP): Jedná se o technologii, u které se očekává použití ve velkovýrobě, která přenáší prefabrikovaná funkční zařízení na cílové čipy pomocí vysoce přesného zařízení, čímž se vyhýbá složitému následnému zpracování. Byla úspěšně aplikována na platformy na bázi nitridu křemíku a křemíku a dosahuje šířky pásma desítek GHz.
Stručně řečeno, tento článek systematicky nastiňuje technologický plán elektrooptických modulátorů založených na tenkovrstvých platformách s niobátem lithiem, od hledání vysoce výkonných a velkoplošných nerezonančních dutinových struktur, přes zkoumání miniaturizovaných rezonančních dutinových struktur až po integraci se zralými fotonickými platformami na bázi křemíku. Demonstruje obrovský potenciál a neustálý pokrok tenkovrstvých modulátorů s niobátem lithiem v překonávání výkonnostních úzkých míst tradičních modulátorů a dosahování vysokorychlostní optické komunikace.
Čas zveřejnění: 31. března 2026