Pokrok výskumutenkovrstvový elektrooptický modulátor s niobátom lítia
Elektrooptický modulátor je jadrom optického komunikačného systému a mikrovlnného fotonického systému. Reguluje svetlo šíriace sa vo voľnom priestore alebo optickom vlnovode zmenou indexu lomu materiálu spôsobeného aplikovaným elektrickým poľom. Tradičný niobát lítia...elektrooptický modulátorAko elektrooptický materiál sa používa objemový materiál niobátu lítia. Monokryštálový materiál niobátu lítia je lokálne dopovaný za vzniku vlnovodu prostredníctvom difúzie titánu alebo procesu protónovej výmeny. Rozdiel indexu lomu medzi jadrovou vrstvou a plášťovou vrstvou je veľmi malý a vlnovod má slabú väzbovú schopnosť so svetelným poľom. Celková dĺžka zabaleného elektrooptického modulátora je zvyčajne 5 až 10 cm.
Technológia niobátu lítia na izolátore (LNOI) poskytuje efektívny spôsob riešenia problému veľkých elektrooptických modulátorov z niobátu lítia. Rozdiel indexu lomu medzi jadrom vlnovodu a plášťovou vrstvou je až 0,7, čo výrazne zlepšuje schopnosť viazania optických módov a elektrooptickú reguláciu vlnovodu a stala sa výskumným bodom v oblasti elektrooptických modulátorov.
Vďaka pokroku v technológii mikroobrábania zaznamenal vývoj elektrooptických modulátorov založených na platforme LNOI rýchly pokrok, čo ukazuje trend kompaktnejších rozmerov a neustáleho zlepšovania výkonu. Podľa použitej štruktúry vlnovodu sú typické tenkovrstvové elektrooptické modulátory z niobátu lítia priamo leptané vlnovodné elektrooptické modulátory, zaťažené hybridné...vlnovodové modulátorya hybridné kremíkové integrované vlnovodové elektrooptické modulátory.
V súčasnosti sa vďaka zlepšeniu procesu suchého leptania výrazne znižujú straty vo vlnovode s tenkou vrstvou niobátu lítia, metóda zaťažovania hrebeňmi rieši problém vysokej náročnosti leptania a umožňuje vytvoriť elektrooptický modulátor s napätím menším ako 1 V v polvlne. Kombinácia so zrelou technológiou SOI zodpovedá trendu hybridnej integrácie fotónov a elektrónov. Technológia tenkých vrstiev niobátu lítia má výhody v realizácii nízkostratového, malého a širokopásmového integrovaného elektrooptického modulátora na čipe. Teoreticky sa predpokladá, že 3 mm tenkovrstvový niobát lítia push-pull systém...Modulátory M⁃ZŠírka pásma elektrooptiky 3 dB môže dosiahnuť až 400 GHz a šírka pásma experimentálne pripraveného tenkovrstvového modulátora z niobátu lítia bola údajne tesne nad 100 GHz, čo je stále ďaleko od teoretickej hornej hranice. Zlepšenie dosiahnuté optimalizáciou základných štrukturálnych parametrov je obmedzené. V budúcnosti by sa z hľadiska skúmania nových mechanizmov a štruktúr, ako je napríklad navrhnutie štandardnej koplanárnej vlnovodovej elektródy ako segmentovanej mikrovlnnej elektródy, mohol výkon modulátora ďalej zlepšiť.
Okrem toho, realizácia integrovaného balenia modulačných čipov a heterogénnej integrácie na čipe s lasermi, detektormi a inými zariadeniami je príležitosťou aj výzvou pre budúci vývoj tenkovrstvových modulátorov na báze lítium-niobátu. Tenkovrstvový elektrooptický modulátor na báze lítium-niobátu bude hrať dôležitejšiu úlohu v oblasti mikrovlnných fotónov, optickej komunikácie a ďalších oblastí.
Čas uverejnenia: 7. apríla 2025