Kemajuan penelitian modulator elektro-optik litium niobate lapisan tipis

Kemajuan penelitianmodulator elektro-optik litium niobate film tipis

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

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

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

Saat ini, peningkatan proses etsa kering sangat mengurangi kerugian pandu gelombang litium niobate lapisan tipis. Metode pemuatan ridge memecahkan masalah kesulitan proses etsa yang tinggi. Modulator elektro-optik litium niobate dengan tegangan setengah gelombang kurang dari 1 V telah direalisasikan. Kombinasi dengan teknologi SOI yang matang ini sesuai dengan tren integrasi hibrida foton dan elektron. Teknologi litium niobate lapisan tipis memiliki keunggulan dalam mewujudkan modulator elektro-optik terintegrasi pada chip dengan kerugian rendah, ukuran kecil, dan bandwidth besar. Secara teoritis, diprediksi bahwa modulator push-pull litium niobate lapisan tipis 3 mm.Modulator M⁃ZBandwidth elektro-optik 3dB dapat mencapai hingga 400 GHz, dan bandwidth modulator litium niobate film tipis yang disiapkan secara eksperimental telah dilaporkan sedikit di atas 100 GHz, yang masih jauh dari batas atas teoritis. Peningkatan yang dihasilkan dari optimalisasi parameter struktural dasar masih terbatas. Di masa mendatang, dari perspektif eksplorasi mekanisme dan struktur baru, seperti merancang 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 lainnya merupakan peluang sekaligus tantangan bagi pengembangan modulator litium niobat lapisan tipis di masa mendatang. Modulator elektro-optik litium niobat lapisan tipis akan memainkan peran yang lebih penting dalam foton gelombang mikro, komunikasi optik, dan bidang lainnya.