Ohutkalvoisen litiumniobaattielektro-optisen modulaattorin tutkimuksen edistyminen

Tutkimuksen edistyminenohutkalvoinen litiumniobaattielektro-optinen modulaattori

Elektro-optinen modulaattori on optisen tietoliikennejärjestelmän ja mikroaaltofotonisen järjestelmän ydinlaite. Se säätelee vapaassa tilassa tai optisessa aaltojohteessa etenevää valoa muuttamalla materiaalin taitekerrointa käytetyn sähkökentän vaikutuksesta. Perinteinen litiumniobaattisähköoptinen modulaattorikäyttää bulkkimateriaalia litiumniobaattina sähköoptisena materiaalina. Yksittäinen litiumniobaattimateriaali seostetaan paikallisesti aaltojohteen muodostamiseksi titaanidiffuusion tai protoninvaihtoprosessin avulla. Ydinkerroksen ja verhouskerroksen välinen taitekerroinero on hyvin pieni, ja aaltojohteen sitoutumiskyky valokenttään on heikko. Pakatun sähköoptisen modulaattorin kokonaispituus on yleensä 5–10 cm.

Litiumniobaatti eristeellä (LNOI) -teknologia tarjoaa tehokkaan tavan ratkaista litiumniobaattia sisältävien sähköoptisten modulaattoreiden suuren koon ongelma. Aaltojohtimen ydinkerroksen ja vaippakerroksen välinen taitekerroinero on jopa 0,7, mikä parantaa huomattavasti aaltojohtimen optisen moodin sitoutumiskykyä ja sähköoptista säätelyvaikutusta, ja siitä on tullut sähköoptisten modulaattoreiden alan tutkimuskohde.

Mikrotyöstötekniikan kehityksen ansiosta LNOI-alustalle perustuvien sähköoptisten modulaattoreiden kehitys on edennyt nopeasti, ja trendinä on ollut kompakti koko ja suorituskyvyn jatkuva paraneminen. Käytetyn aaltojohdinrakenteen mukaan tyypilliset ohutkalvoiset litiumniobaattisähköoptiset modulaattorit ovat suoraan syövytettyjä aaltojohdinsähköoptisia modulaattoreita, ladattuja hybridi-aaltojohtomodulaattoritja hybridi-piirakenteiset integroidut aaltojohdeelektro-optiset modulaattorit.

Tällä hetkellä kuivaetsausprosessin parantuminen vähentää huomattavasti ohutkalvoisen litiumniobaatti-aaltojohteen hävikkiä, harjanteen kuormitusmenetelmä ratkaisee etsausprosessin vaikeuden ja on toteuttanut litiumniobaatti-elektroni-optisen modulaattorin, jonka jännite on alle 1 V puoliaallon, ja yhdistelmä kypsän SOI-teknologian kanssa noudattaa fotoni-elektroni-hybridi-integraation trendiä. Ohutkalvoisen litiumniobaattiteknologian etuna on pienihäviöinen, pienikokoinen ja suuri kaistanleveys integroitu elektro-optinen modulaattori sirulle. Teoriassa ennustetaan, että 3 mm:n ohutkalvoinen litiumniobaatti-push-pull-tyyppinen...M⁃Z-modulaattorit3 dB:n sähköoptinen kaistanleveys voi nousta jopa 400 GHz:iin, ja kokeellisesti valmistetun ohutkalvolitiumniobaattimodulaattorin kaistanleveyden on raportoitu olevan hieman yli 100 GHz, mikä on edelleen kaukana teoreettisesta ylärajasta. Perusrakenneparametrien optimoinnilla saavutettu parannus on rajallinen. Tulevaisuudessa modulaattorin suorituskykyä voidaan parantaa entisestään tutkimalla uusia mekanismeja ja rakenteita, kuten suunnittelemalla standardin mukainen koplanaarinen aaltojohdinelektrodi segmentoiduksi mikroaaltoelektrodiksi.

Lisäksi integroitujen modulaattorisirujen pakkaaminen ja heterogeeninen integrointi lasereihin, ilmaisimiin ja muihin laitteisiin on sekä mahdollisuus että haaste ohutkalvoisten litiumniobaattimodulaattoreiden tulevalle kehitykselle. Ohutkalvoisella litiumniobaattielektro-optisella modulaattorilla tulee olemaan tärkeämpi rooli mikroaaltofotonien, optisen viestinnän ja muiden alojen aloilla.