Kemajuan penelitian modulator elektro-optik litium niobate lapisan tipis

Kemajuan penelitianmodulator elektro-optik litium niobat lapisan tipis

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

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

Karena kemajuan teknologi pemesinan mikro, pengembangan modulator elektro-optik berdasarkan platform LNOI telah mengalami kemajuan pesat, menunjukkan tren ukuran yang lebih ringkas 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 terukir langsung, hibrida bermuatanModulator pemandu gelombangdan modulator elektro-optik pandu gelombang terintegrasi silikon hibrid.

Saat ini, peningkatan proses etsa kering sangat mengurangi hilangnya pandu gelombang litium niobate lapisan tipis, metode pemuatan punggungan memecahkan masalah kesulitan proses etsa yang tinggi, dan telah mewujudkan modulator elektro-optik litium niobate dengan tegangan setengah gelombang kurang dari 1 V, dan kombinasi dengan teknologi SOI yang matang sesuai dengan tren integrasi hibrida foton dan elektron. Teknologi litium niobate lapisan tipis memiliki keunggulan dalam mewujudkan modulator elektro-optik terintegrasi pada chip dengan kehilangan rendah, ukuran kecil, dan lebar pita besar. Secara teoritis, diprediksi bahwa dorong-tarik litium niobate lapisan tipis 3mmModulator M⁃ZBandwidth elektro-optik 3dB dapat mencapai hingga 400 GHz, dan bandwidth modulator litium niobate film tipis yang disiapkan secara eksperimental telah dilaporkan hanya lebih dari 100 GHz, yang masih jauh dari batas atas teoritis. Peningkatan yang dihasilkan dengan mengoptimalkan parameter struktural dasar 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 terpadu dan integrasi heterogen pada chip dengan laser, detektor, dan perangkat lain merupakan peluang sekaligus tantangan bagi pengembangan modulator litium niobate lapisan tipis di masa mendatang. Modulator elektro-optik litium niobate lapisan tipis akan memainkan peran yang lebih penting dalam foton gelombang mikro, komunikasi optik, dan bidang lainnya.