Kemajuan penelitian modulator elektro-optik film tipis litium niobate

Kemajuan penelitianmodulator elektro-optik litium niobate film tipis

Modulator elektro-optik adalah perangkat inti dari sistem komunikasi optik dan sistem fotonik gelombang mikro. Perangkat ini mengatur cahaya yang merambat di ruang bebas atau pandu gelombang optik dengan mengubah indeks bias material yang disebabkan oleh medan listrik yang diterapkan. Litium niobate tradisionalmodulator elektro-optikModulator elektro-optik ini menggunakan material litium niobate curah sebagai material elektro-optik. Material litium niobate kristal tunggal didoping secara lokal untuk membentuk pandu gelombang melalui difusi titanium atau proses pertukaran proton. Perbedaan indeks bias antara lapisan inti dan lapisan pelapis sangat kecil, dan pandu gelombang memiliki kemampuan pengikatan yang buruk terhadap medan cahaya. Panjang total modulator elektro-optik yang dikemas biasanya 5~10 cm.

Teknologi Lithium Niobate on Insulator (LNOI) memberikan cara efektif untuk mengatasi masalah ukuran besar modulator elektro-optik lithium niobate. Perbedaan indeks bias antara lapisan inti pandu gelombang dan lapisan pelapis mencapai 0,7, yang sangat meningkatkan kemampuan pengikatan mode optik dan efek pengaturan elektro-optik pandu gelombang, dan telah menjadi pusat penelitian di bidang modulator elektro-optik.

Berkat kemajuan teknologi permesinan mikro, pengembangan modulator elektro-optik berbasis platform LNOI telah mengalami kemajuan pesat, menunjukkan tren ukuran yang lebih kompak dan peningkatan kinerja yang berkelanjutan. Menurut struktur pandu gelombang yang digunakan, modulator elektro-optik litium niobate film tipis yang umum adalah modulator elektro-optik pandu gelombang yang diukir langsung, dan modulator hibrida yang dimuat.modulator pandu gelombangdan modulator elektro-optik pandu gelombang terintegrasi silikon hibrida.

Saat ini, peningkatan proses etsa kering sangat mengurangi kerugian pada pandu gelombang film tipis litium niobate, metode pemuatan ridge memecahkan masalah kesulitan proses etsa yang tinggi, dan telah mewujudkan modulator elektro-optik litium niobate dengan tegangan kurang dari 1 V setengah gelombang, dan kombinasi dengan teknologi SOI yang matang sesuai dengan tren integrasi hibrida foton dan elektron. Teknologi film tipis litium niobate memiliki keunggulan dalam mewujudkan modulator elektro-optik terintegrasi pada chip dengan kerugian rendah, ukuran kecil, dan bandwidth besar. Secara teoritis, diprediksi bahwa film tipis litium niobate 3mm push-pullModulator M⁃ZLebar pita elektro-optik 3dB dapat mencapai hingga 400 GHz, dan lebar pita modulator litium niobate film tipis yang disiapkan secara eksperimental dilaporkan hanya sedikit di atas 100 GHz, yang masih jauh dari batas atas teoritis. Peningkatan yang dihasilkan oleh pengoptimalan parameter struktural dasar terbatas. Di masa depan, dari perspektif eksplorasi mekanisme dan struktur baru, seperti mendesain elektroda pandu gelombang koplanar standar sebagai elektroda gelombang mikro tersegmentasi, kinerja modulator dapat ditingkatkan lebih lanjut.

Selain itu, realisasi pengemasan chip modulator terintegrasi dan integrasi heterogen on-chip dengan laser, detektor, dan perangkat lain merupakan peluang sekaligus tantangan bagi pengembangan modulator litium niobate film tipis di masa depan. Modulator elektro-optik litium niobate film tipis akan memainkan peran yang lebih penting dalam foton gelombang mikro, komunikasi optik, dan bidang lainnya.