Úvod do štruktúry a výkonuElektrooptický modulátor s tenkým filmom lítium-niobát
An elektrooptický modulátorna základe rôznych štruktúr, vlnových dĺžok a platforiem tenkovrstvového niobátu lítia a komplexného porovnania výkonu rôznych typovEOM modulátory, ako aj analýzu výskumu a aplikácietenkovrstvové modulátory niobátu lítiav iných oblastiach.
1. Modulátor niobátu lítia s tenkou vrstvou s nerezonančnou dutinou
Tento typ modulátora je založený na vynikajúcom elektrooptickom efekte kryštálu niobátu lítneho a je kľúčovým zariadením na dosiahnutie vysokorýchlostnej optickej komunikácie na dlhé vzdialenosti. Existujú tri hlavné štruktúry:
1.1 Modulátor MZI s postupujúcou vlnou: Toto je najtypickejší dizajn. Výskumná skupina Lon č ar na Harvardskej univerzite prvýkrát dosiahla vysokovýkonnú verziu v roku 2018 s následnými vylepšeniami vrátane kapacitného zaťaženia založeného na kremenných substrátoch (vysoká šírka pásma, ale nekompatibilná s kremíkovými substrátmi) a kompatibilného s kremíkovými substrátmi založeného na vyhĺbení substrátu, čím sa dosiahla vysoká šírka pásma (> 67 GHz) a vysokorýchlostný prenos signálu (napríklad 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Skladací MZI modulátor: Na skrátenie veľkosti zariadenia a prispôsobenie sa kompaktným modulom, ako je QSFP-DD, sa používa polarizačná úprava, krížový vlnovod alebo invertované mikroštruktúrne elektródy na zníženie dĺžky zariadenia na polovicu a dosiahnutie šírky pásma 60 GHz.
1.3 Jedno/dvojitý koherentný ortogonálny (IQ) modulátor: Používa formát modulácie vyššieho rádu na zvýšenie prenosovej rýchlosti. Výskumná skupina Cai na Univerzite Sun Yat-sena dosiahla v roku 2020 prvý jednopolarizačný IQ modulátor na čipe. Dvojpolarizačný IQ modulátor vyvinutý v budúcnosti má lepší výkon a verzia založená na kremennom substráte dosiahla rekordnú prenosovú rýchlosť na jednej vlnovej dĺžke 1,96 Tbit/s.
2. Tenkovrstvový modulátor niobátu lítia s rezonančnou dutinou
Na dosiahnutie modulátorov s ultra malou a veľkou šírkou pásma sú k dispozícii rôzne štruktúry rezonančných dutín:
2.1 Fotonický kryštál (PC) a mikrokruhový modulátor: Linova výskumná skupina na Univerzite v Rochesteri vyvinula prvý vysokovýkonný fotonický kryštálový modulátor. Okrem toho boli navrhnuté aj mikrokruhové modulátory založené na heterogénnej a homogénnej integrácii niobátu kremíka a lítia, ktoré dosahujú šírky pásma niekoľko GHz.
2.2 Modulátor s rezonančnou dutinou s Braggovou mriežkou: vrátane Fabry-Perotovej (FP) dutiny, vlnovodovej Braggovej mriežky (WBG) a modulátora pomalého svetla (SL). Tieto štruktúry sú navrhnuté tak, aby vyvážili veľkosť, procesné tolerancie a výkon, napríklad modulátor s rezonančnou dutinou 2 × 2 FP dosahuje ultra veľkú šírku pásma presahujúcu 110 GHz. Modulátor pomalého svetla založený na viazanej Braggovej mriežke rozširuje rozsah pracovnej šírky pásma.
3. Heterogénny integrovaný tenkovrstvový modulátor niobátu lítia
Existujú tri hlavné metódy integrácie, ktoré kombinujú kompatibilitu technológie CMOS na platformách založených na kremíku s vynikajúcim modulačným výkonom niobátu lítia:
3.1 Heterogénna integrácia typu väzby: Priamym spojením s benzocyklobuténom (BCB) alebo oxidom kremičitým sa tenká vrstva niobátu lítia prenesie na kremíkovú alebo nitridovú platformu kremíka, čím sa dosiahne integrácia na úrovni doštičky a stabilná pri vysokej teplote. Modulátor vykazuje vysokú šírku pásma (> 70 GHz, dokonca aj presahujúcu 110 GHz) a schopnosť vysokorýchlostného prenosu signálu.
3.2 Heterogénna integrácia materiálu vlnovodu nanášaného na vrstvu: nanášanie kremíka alebo nitridu kremíka na tenkú vrstvu niobátu lítia ako záťažového vlnovodu tiež dosahuje účinnú elektrooptickú moduláciu.
3.3 Heterogénna integrácia mikrotransferovej tlače (μ TP): Ide o technológiu, ktorá sa má používať vo veľkovýrobe a ktorá prenáša prefabrikované funkčné zariadenia na cieľové čipy pomocou vysoko presných zariadení, čím sa vyhýba zložitému následnému spracovaniu. Úspešne sa aplikovala na platformy na báze nitridu kremíka a kremíka, pričom sa dosiahla šírka pásma desiatok GHz.
Stručne povedané, tento článok systematicky načrtáva technologický plán elektrooptických modulátorov založených na tenkovrstvových platformách z niobátu lítia, od snahy o vysokovýkonné a širokopásmové nerezonančné dutinové štruktúry, cez skúmanie miniaturizovaných rezonančných dutinových štruktúr až po integráciu so zrelými fotonickými platformami na báze kremíka. Demonštruje obrovský potenciál a neustály pokrok tenkovrstvových modulátorov z niobátu lítia pri prekonávaní výkonnostných obmedzení tradičných modulátorov a dosahovaní vysokorýchlostnej optickej komunikácie.
Čas uverejnenia: 31. marca 2026