Forskningsframsteg för elektrooptisk modulator av tunnfilmslitiumniobat

Forskningsframsteg förtunnfilms litiumniobat elektrooptisk modulator

Elektrooptisk modulator är kärnan i optiska kommunikationssystem och mikrovågsfotoniska system. Den reglerar ljusets utbredning i fritt utrymme eller optisk vågledare genom att ändra materialets brytningsindex som orsakas av det pålagda elektriska fältet. Det traditionella litiumniobatetelektrooptisk modulatoranvänder litiumniobat i bulk som elektrooptiskt material. Enkristalllitiumniobatmaterialet dopas lokalt för att bilda en vågledare genom titandiffusion eller protonutbytesprocess. Skillnaden i brytningsindex mellan kärnskiktet och mantelskiktet är mycket liten, och vågledaren har dålig bindningsförmåga till ljusfältet. Den totala längden på den kapslade elektrooptiska modulatorn är vanligtvis 5~10 cm.

Litiumniobat på isolator (LNOI)-tekniken är ett effektivt sätt att lösa problemet med stora elektrooptiska modulatorer av litiumniobat. Skillnaden i brytningsindex mellan vågledarens kärnskikt och mantelskiktet är upp till 0,7, vilket avsevärt förbättrar vågledarens optiska modbindningsförmåga och elektrooptiska regleringseffekt, och har blivit ett forskningsfokus inom området elektrooptiska modulatorer.

På grund av framstegen inom mikrobearbetningsteknik har utvecklingen av elektrooptiska modulatorer baserade på LNOI-plattformen gjort snabba framsteg, med en trend mot mer kompakt storlek och kontinuerlig förbättring av prestanda. Beroende på den vågledarstruktur som används är de typiska tunnfilms-litiumniobat-elektrooptiska modulatorerna direktetsade vågledar-elektrooptiska modulatorer, laddade hybrider.vågledarmodulatoreroch hybridkiselintegrerade vågledarelektrooptiska modulatorer.

För närvarande minskar förbättringen av torretsningsprocessen avsevärt förlusten av tunnfilmslitiumniobatvågledare. Åsbelastningsmetoden löser problemet med höga etsningssvårigheter och har realiserat den elektrooptiska modulatorn för litiumniobat med en spänning på mindre än 1 V halvvåg, och kombinationen med mogen SOI-teknik följer trenden med foton- och elektronhybridintegration. Tunnfilmslitiumniobattekniken har fördelar genom att realisera lågförlust, liten storlek och stor bandbredd integrerad elektrooptisk modulator på chip. Teoretiskt sett förutspås det att 3 mm tunnfilmslitiumniobat push-pullM⁃Z-modulatorer3dB elektrooptisk bandbredd kan nå upp till 400 GHz, och bandbredden för den experimentellt framställda tunnfilms-litiumniobatmodulatorn har rapporterats vara strax över 100 GHz, vilket fortfarande är långt ifrån den teoretiska övre gränsen. Förbättringen som uppnås genom att optimera de grundläggande strukturella parametrarna är begränsad. I framtiden, med tanke på att utforska nya mekanismer och strukturer, såsom att designa den standard koplanära vågledarelektroden som en segmenterad mikrovågselektrod, kan modulatorns prestanda förbättras ytterligare.

Dessutom är förverkligandet av integrerad modulatorchipkapsling och heterogen integration på chipet med lasrar, detektorer och andra enheter både en möjlighet och en utmaning för den framtida utvecklingen av tunnfilms-litiumniobatmodulatorer. Elektrooptiska modulatorer av tunnfilms-litiumniobat kommer att spela en allt viktigare roll inom mikrovågsfotoner, optisk kommunikation och andra områden.