Въведение в структурата и производителността наТънкослоен електрооптичен модулатор от литиев ниобат
An електрооптичен модулаторбазирани на различни структури, дължини на вълните и платформи на тънкослоен литиев ниобат, както и цялостно сравнение на производителността на различни видовеEOM модулатори, както и анализ на изследванията и приложението натънкослойни литиево-ниобатни модулаторив други области.
1. Модулатор от литиево-ниобат с нерезонансна кухина и тънък филм
Този тип модулатор се основава на отличния електрооптичен ефект на кристала литиев ниобат и е ключово устройство за постигане на високоскоростна оптична комуникация на дълги разстояния. Има три основни структури:
1.1 MZI модулатор с електрод с бягаща вълна: Това е най-типичният дизайн. Изследователската група Lon č ar в Харвардския университет за първи път постигна високопроизводителна версия през 2018 г., с последващи подобрения, включително капацитивно натоварване, базирано на кварцови подложки (с висока честотна лента, но несъвместими със силициеви) и силициево-базирани съвместими, базирани на вдлъбване на подложката, постигайки висока честотна лента (>67 GHz) и високоскоростно предаване на сигнала (като 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Сгъваем MZI модулатор: За да се съкрати размерът на устройството и да се адаптира към компактни модули като QSFP-DD, се използват поляризационна обработка, кръстосани вълноводи или електроди с обърната микроструктура, за да се намали дължината на устройството наполовина и да се постигне честотна лента от 60 GHz.
1.3 Еднополяризационен/двойнополяризационен кохерентен ортогонален (IQ) модулатор: Използва формат на модулация от висок порядък за подобряване на скоростта на предаване. Изследователската група Cai в университета Сун Ятсен постигна първия вграден IQ модулатор с еднополяризационен спектър през 2020 г. Двуполяризационният IQ модулатор, разработен в бъдеще, има по-добри характеристики, а версията, базирана на кварцов субстрат, е поставила рекорд за скорост на предаване с единична дължина на вълната от 1,96 Tbit/s.
2. Тънкослоен литиево-ниобатен модулатор с резонансна кухина
За постигане на ултрамалки и широколентови модулатори са налични различни структури с резонансни кухини:
2.1 Фотонен кристал (PC) и микропръстенов модулатор: Изследователската група на Лин в Университета в Рочестър е разработила първия високоефективен фотонен кристален модулатор. Освен това са предложени и микропръстенови модулатори, базирани на хетерогенна и хомогенна интеграция на силициево-литиев ниобат, постигащи честотна лента от няколко GHz.
2.2 Модулатор с резонансна кухина на базата на Брагова решетка: включително кухина на Фабри-Перо (FP), вълноводна Брагова решетка (WBG) и модулатор на бавна светлина (SL). Тези структури са проектирани да балансират размера, технологичните допуски и производителността, например, модулатор с резонансна кухина 2 × 2 FP постига ултра голяма честотна лента, надвишаваща 110 GHz. Модулаторът на бавна светлина, базиран на свързана Брагова решетка, разширява работния диапазон на честотната лента.
3. Хетерогенен интегриран тънкослоен литиево-ниобатен модулатор
Съществуват три основни метода за интеграция, които комбинират съвместимостта на CMOS технологията върху силициеви платформи с отличните модулационни характеристики на литиевия ниобат:
3.1 Хетерогенна интеграция тип връзка: Чрез директно свързване с бензоциклобутен (BCB) или силициев диоксид, тънкослойният литиев ниобат се прехвърля върху силициева или силициево-нитридна платформа, постигайки интеграция на ниво пластина, стабилна при висока температура. Модулаторът показва висока честотна лента (>70 GHz, дори надвишаваща 110 GHz) и възможност за високоскоростно предаване на сигнала.
3.2 Хетерогенна интеграция на материала за вълновод чрез отлагане: отлагането на силиций или силициев нитрид върху тънък филм литиев ниобат като вълновод за натоварване също постига ефективна електрооптична модулация.
3.3 Хетерогенна интеграция чрез микротрансферен печат (μ TP): Това е технология, която се очаква да се използва за мащабно производство, при която предварително сглобени функционални устройства се прехвърлят към целеви чипове чрез високопрецизно оборудване, избягвайки сложна последваща обработка. Тя е успешно приложена към силициево-нитридни и силициеви платформи, постигайки честотна лента от десетки GHz.
В обобщение, тази статия систематично очертава технологичната пътна карта на електрооптичните модулатори, базирани на тънкослойни литиево-ниобатни платформи, от търсенето на високопроизводителни и широколентови нерезонансни кухонни структури, изследването на миниатюрни резонансни кухонни структури и интегрирането със зрели силициеви фотонни платформи. Тя демонстрира огромния потенциал и непрекъснатия напредък на тънкослойните литиево-ниобатни модулатори в преодоляването на ограниченията в производителността на традиционните модулатори и постигането на високоскоростна оптична комуникация.
Време на публикуване: 31 март 2026 г.