Výzkumný pokrok v oblasti elektrooptické modulace tenkého filmu lithium-niobátu

Pokrok ve výzkumutenkovrstvý elektrooptický modulátor lithium-niobátu

Elektrooptický modulátor je základním zařízením optického komunikačního systému a mikrovlnného fotonického systému. Reguluje šíření světla ve volném prostoru nebo optickém vlnovodu změnou indexu lomu materiálu způsobeného aplikovaným elektrickým polem. Tradiční niobát lithia...elektrooptický modulátorPoužívá objemový materiál niobátu lithného jako elektrooptický materiál. Monokrystalický materiál niobátu lithného je lokálně dopován za vzniku vlnovodu difúzí titanu nebo procesem protonové výměny. Rozdíl indexu lomu mezi jádrovou vrstvou a plášťovou vrstvou je velmi malý a vlnovod má špatnou vazebnou schopnost ke světelnému poli. Celková délka zabaleného elektrooptického modulátoru je obvykle 5~10 cm.

Technologie niobátu lithia na izolantu (LNOI) poskytuje efektivní způsob řešení problému velkých rozměrů elektrooptických modulátorů z niobátu lithia. Rozdíl indexu lomu mezi jádrovou vrstvou vlnovodu a plášťovou vrstvou je až 0,7, což výrazně zvyšuje schopnost vazby optických módů a elektrooptický regulační účinek vlnovodu a stalo se výzkumným bodem v oblasti elektrooptických modulátorů.

Díky pokroku v technologii mikroobrábění zaznamenal vývoj elektrooptických modulátorů založených na platformě LNOI rychlý pokrok a ukazuje trend kompaktnějších rozměrů a neustálého zlepšování výkonu. V závislosti na použité strukturě vlnovodu jsou typické tenkovrstvé elektrooptické modulátory z lithium-niobátu přímo leptanými vlnovodovými elektrooptickými modulátory, hybridními modulátory s nabitým vláknem.vlnovodové modulátorya hybridní křemíkové integrované vlnovodové elektrooptické modulátory.

V současné době se díky zdokonalení procesu suchého leptání výrazně snižují ztráty tenkovrstvého vlnovodu s niobátem lithiem. Metoda lineárního leptání řeší problém s vysokou obtížností leptání a umožňuje realizovat elektrooptický modulátor s napětím menším než 1 V v půlvlně. Kombinace se zralou technologií SOI odpovídá trendu hybridní integrace fotonů a elektronů. Technologie tenkovrstvého niobátu lithia má výhody v realizaci nízkoztrátového, malého a širokopásmového integrovaného elektrooptického modulátoru na čipu. Teoreticky se předpokládá, že 3mm tenkovrstvý niobát lithia push-pull systém...Modulátory M⁃ZŠířka pásma elektrooptické elektrody 3 dB může dosáhnout až 400 GHz a šířka pásma experimentálně připraveného tenkovrstvého modulátoru z niobátu lithného byla údajně těsně nad 100 GHz, což je stále daleko od teoretické horní hranice. Zlepšení dosažené optimalizací základních strukturních parametrů je omezené. V budoucnu by se z hlediska zkoumání nových mechanismů a struktur, jako je například návrh standardní koplanární vlnovodové elektrody jako segmentované mikrovlnné elektrody, mohl výkon modulátoru dále zlepšit.

Kromě toho je realizace integrovaného pouzdra modulačních čipů a heterogenní integrace na čipu s lasery, detektory a dalšími zařízeními jak příležitostí, tak výzvou pro budoucí vývoj tenkovrstvých modulátorů na bázi niobátu lithia. Tenkovrstvý elektrooptický modulátor na bázi niobátu lithia bude hrát důležitější roli v mikrovlnné fotonové technologii, optické komunikaci a dalších oblastech.