Pengantar Struktur dan KinerjaModulator Elektro Optik Film Tipis Lithium Niobate
An modulator elektro-optikberdasarkan struktur, panjang gelombang, dan platform film tipis litium niobat yang berbeda, serta perbandingan kinerja komprehensif dari berbagai jenisModulator EOMserta analisis penelitian dan penerapanmodulator litium niobate film tipisdi bidang lain.
1. Modulator litium niobate film tipis rongga non-resonansi
Modulator jenis ini didasarkan pada efek elektro-optik yang sangat baik dari kristal litium niobat dan merupakan perangkat kunci untuk mencapai komunikasi optik berkecepatan tinggi dan jarak jauh. Terdapat tiga struktur utama:
1.1 Modulator MZI elektroda gelombang berjalan: Ini adalah desain yang paling umum. Kelompok riset Lončar di Universitas Harvard pertama kali mencapai versi berkinerja tinggi pada tahun 2018, dengan peningkatan selanjutnya termasuk pemuatan kapasitif berdasarkan substrat kuarsa (bandwidth tinggi tetapi tidak kompatibel dengan berbasis silikon) dan kompatibel dengan berbasis silikon berdasarkan rongga substrat, mencapai bandwidth tinggi (>67 GHz) dan transmisi sinyal kecepatan tinggi (seperti 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Modulator MZI Lipat: Untuk memperpendek ukuran perangkat dan beradaptasi dengan modul kompak seperti QSFP-DD, perlakuan polarisasi, pandu gelombang silang, atau elektroda mikrostruktur terbalik digunakan untuk mengurangi panjang perangkat hingga setengahnya dan mencapai bandwidth 60 GHz.
1.3 Modulator Ortogonal Koheren (IQ) Polarisasi Tunggal/Ganda: Menggunakan format modulasi orde tinggi untuk meningkatkan laju transmisi. Kelompok riset Cai di Universitas Sun Yat-sen berhasil menciptakan modulator IQ polarisasi tunggal on-chip pertama pada tahun 2020. Modulator IQ polarisasi ganda yang dikembangkan di masa mendatang memiliki kinerja yang lebih baik, dan versi berbasis substrat kuarsa telah mencetak rekor laju transmisi panjang gelombang tunggal sebesar 1,96 Tbit/s.
2. Modulator litium niobate film tipis tipe rongga resonansi
Untuk mewujudkan modulator ultra kecil dan bandwidth besar, tersedia berbagai struktur rongga resonansi:
2.1 Kristal fotonik (PC) dan modulator cincin mikro: Kelompok riset Lin di Universitas Rochester telah mengembangkan modulator kristal fotonik berkinerja tinggi pertama. Selain itu, modulator cincin mikro berbasis integrasi heterogen silikon litium niobate dan integrasi homogen juga telah diusulkan, mencapai bandwidth beberapa GHz.
2.2 Modulator rongga resonansi kisi Bragg: termasuk rongga Fabry-Perot (FP), kisi Bragg pandu gelombang (WBG), dan modulator cahaya lambat (SL). Struktur ini dirancang untuk menyeimbangkan ukuran, toleransi proses, dan kinerja, misalnya, modulator rongga resonansi FP 2 × 2 mencapai bandwidth ultra besar yang melebihi 110 GHz. Modulator cahaya lambat berdasarkan kisi Bragg yang terkopel memperluas rentang bandwidth kerja.
3. Modulator litium niobate film tipis terintegrasi heterogen
Terdapat tiga metode integrasi utama untuk menggabungkan kompatibilitas teknologi CMOS pada platform berbasis silikon dengan kinerja modulasi yang sangat baik dari litium niobat:
3.1 Integrasi heterogen tipe ikatan: Dengan ikatan langsung dengan benzosiklobutena (BCB) atau silikon dioksida, film tipis litium niobat ditransfer ke platform silikon atau silikon nitrida, mencapai integrasi tingkat wafer yang stabil pada suhu tinggi. Modulator ini menunjukkan bandwidth tinggi (>70 GHz, bahkan melebihi 110 GHz) dan kemampuan transmisi sinyal kecepatan tinggi.
3.2 Integrasi heterogen material pandu gelombang deposisi: pengendapan silikon atau silikon nitrida pada film tipis litium niobate sebagai pandu gelombang beban juga mencapai modulasi elektro-optik yang efisien.
3.3 Pencetakan transfer mikro (μTP) integrasi heterogen: Ini adalah teknologi yang diharapkan dapat digunakan untuk produksi skala besar, yang mentransfer perangkat fungsional yang telah diprefabrikasi ke chip target melalui peralatan presisi tinggi, menghindari pemrosesan pasca-produksi yang kompleks. Teknologi ini telah berhasil diterapkan pada platform silikon nitrida dan berbasis silikon, mencapai bandwidth puluhan GHz.
Singkatnya, artikel ini secara sistematis menguraikan peta jalan teknologi modulator elektro-optik berbasis platform litium niobate film tipis, mulai dari mengejar struktur rongga non-resonansi berkinerja tinggi dan bandwidth besar, mengeksplorasi struktur rongga resonansi miniatur, dan mengintegrasikannya dengan platform fotonik berbasis silikon yang sudah mapan. Artikel ini menunjukkan potensi besar dan kemajuan berkelanjutan modulator litium niobate film tipis dalam mengatasi hambatan kinerja modulator tradisional dan mencapai komunikasi optik berkecepatan tinggi.
Waktu posting: 31 Maret 2026