Introduktion till strukturen och prestandan hosTunnfilms litiumniobat elektrooptisk modulator
An elektrooptisk modulatorbaserat på olika strukturer, våglängder och plattformar av tunnfilmslitiumniobat, och en omfattande prestandajämförelse av olika typer avEOM-modulatorer, samt en analys av forskningen och tillämpningen avtunnfilms litiumniobatmodulatorerinom andra områden.
1. Icke-resonant kavitets tunnfilms litiumniobatmodulator
Denna typ av modulator är baserad på den utmärkta elektrooptiska effekten hos litiumniobatkristall och är en viktig anordning för att uppnå höghastighets- och långdistansoptisk kommunikation. Det finns tre huvudstrukturer:
1.1 MZI-modulator för vandringsvågselektrod: Detta är den mest typiska designen. Forskargruppen Lončar vid Harvard University uppnådde först en högpresterande version 2018, med efterföljande förbättringar inklusive kapacitiv belastning baserad på kvartssubstrat (hög bandbredd men inkompatibel med kiselbaserade) och kiselbaserad kompatibel baserad på substraturholkning, vilket uppnår hög bandbredd (>67 GHz) och höghastighetssignalöverföring (såsom 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Hopfällbar MZI-modulator: För att förkorta enhetens storlek och anpassa sig till kompakta moduler som QSFP-DD används polarisationsbehandling, korsvågledare eller inverterade mikrostrukturelektroder för att halvera enhetens längd och uppnå en bandbredd på 60 GHz.
1.3 Enkel/Dubbelpolarisation koherent ortogonal (IQ) modulator: Använder högordningsmoduleringsformat för att förbättra överföringshastigheten. Cai-forskargruppen vid Sun Yat-sen-universitetet uppnådde den första inbyggda enkelpolarisations-IQ-modulatorn år 2020. Den framtida dubbelpolarisations-IQ-modulatorn har bättre prestanda, och versionen baserad på kvartssubstrat har satt ett rekord för överföringshastighet på 1,96 Tbit/s med en enda våglängd.
2. Tunnfilms litiumniobatmodulator av resonanskavitetstyp
För att uppnå modulatorer med ultrasmå och stora bandbredd finns det olika resonanta kavitetsstrukturer tillgängliga:
2.1 Fotonisk kristall (PC) och mikroringmodulator: Lins forskargrupp vid University of Rochester har utvecklat den första högpresterande fotoniska kristallmodulatorn. Dessutom har mikroringmodulatorer baserade på heterogen integration och homogen integration av kisellitiumniobat föreslagits, vilket uppnår bandbredder på flera GHz.
2.2 Bragg-gitterresonant kavitetsmodulator: inklusive Fabry Perot (FP) kavitet, vågledar-Bragg-gitter (WBG) och långsamt ljus (SL) modulator. Dessa strukturer är utformade för att balansera storlek, processtoleranser och prestanda, till exempel uppnår en 2 × 2 FP resonant kavitetsmodulator en ultrastor bandbredd som överstiger 110 GHz. Långsamt ljus-modulatorn baserad på kopplat Bragg-gitter utökar arbetsbandbreddsområdet.
3. Heterogen integrerad tunnfilms litiumniobatmodulator
Det finns tre huvudsakliga integrationsmetoder för att kombinera kompatibiliteten mellan CMOS-teknik och kiselbaserade plattformar med litiumniobats utmärkta moduleringsprestanda:
3.1 Heterogen integration av bindningstyp: Genom direkt bindning med bensocyklobuten (BCB) eller kiseldioxid överförs tunnfilmslitiumniobat till en kisel- eller kiselnitridplattform, vilket uppnår en integration på wafernivå med stabil hög temperatur. Modulatorn uppvisar hög bandbredd (>70 GHz, till och med över 110 GHz) och höghastighetssignalöverföringskapacitet.
3.2 Heterogen integration av deponeringsvågledarmaterial: deponering av kisel eller kiselnitrid på tunnfilmslitiumniobat som lastvågledare uppnår också effektiv elektrooptisk modulering.
3.3 Heterogen integration av mikrotransfertryck (μTP): Detta är en teknik som förväntas användas för storskalig produktion, vilken överför prefabricerade funktionella enheter till målchips genom högprecisionsutrustning, vilket undviker komplex efterbehandling. Den har framgångsrikt tillämpats på kiselnitrid och kiselbaserade plattformar och uppnått bandbredder på tiotals GHz.
Sammanfattningsvis beskriver denna artikel systematiskt den tekniska färdplanen för elektrooptiska modulatorer baserade på tunnfilmsplattformar av litiumniobat, från att sträva efter högpresterande och storbandbredda icke-resonanta kavitetsstrukturer, utforska miniatyriserade resonanta kavitetsstrukturer och integrera med mogna kiselbaserade fotoniska plattformar. Den visar den enorma potentialen och de kontinuerliga framstegen hos tunnfilmsmodulatorer av litiumniobat när det gäller att bryta igenom prestandaflaskhalsen hos traditionella modulatorer och uppnå höghastighetsoptisk kommunikation.
Publiceringstid: 31 mars 2026