Uvod u strukturu i performanseElektrooptički modulator od tankog filma litijum niobata
An elektrooptički modulatorna osnovu različitih struktura, talasnih dužina i platformi tankog filma litijum niobata, i sveobuhvatno poređenje performansi različitih tipovaEOM modulatori, kao i analizu istraživanja i primjeneModulatori tankog filma litijum niobatau drugim oblastima.
1. Modulator tankog filma litijum niobata sa nerezonantnom šupljinom
Ova vrsta modulatora zasnovana je na odličnom elektrooptičkom efektu kristala litijum niobata i ključni je uređaj za postizanje brze optičke komunikacije na velike udaljenosti. Postoje tri glavne strukture:
1.1 MZI modulator s putujućom elektrodom: Ovo je najtipičniji dizajn. Istraživačka grupa Lon č ar na Univerzitetu Harvard prvi put je postigla visokoperformansnu verziju 2018. godine, s naknadnim poboljšanjima koja uključuju kapacitivno opterećenje zasnovano na kvarcnim supstratima (visoka propusnost, ali nekompatibilno sa silicijumskim) i kompatibilno sa silicijumskim supstratom zasnovano na udubljenju supstrata, postižući visoku propusnost (>67 GHz) i prijenos signala velike brzine (kao što je 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Sklopivi MZI modulator: Kako bi se skratila veličina uređaja i prilagodila kompaktnim modulima kao što je QSFP-DD, koriste se polarizacijski tretman, unakrsni valovod ili invertirane mikrostrukturne elektrode kako bi se prepolovila dužina uređaja i postigla propusnost od 60 GHz.
1.3 Jednostruko/dvostruko polarizacijski koherentni ortogonalni (IQ) modulator: Koristi format modulacije višeg reda za poboljšanje brzine prijenosa. Istraživačka grupa Cai na Univerzitetu Sun Yatsen postigla je prvi jednostruko polarizacijski IQ modulator na čipu 2020. godine. Dvostruko polarizacijski IQ modulator razvijen u budućnosti ima bolje performanse, a verzija bazirana na kvarcnoj podlozi postavila je rekord brzine prijenosa na jednoj talasnoj dužini od 1,96 Tbit/s.
2. Modulator tankog filma litijum niobatnog tipa rezonantne šupljine
Za postizanje modulatora ultra male i velike propusnosti, dostupne su različite strukture rezonantnih šupljina:
2.1 Fotonski kristal (PC) i mikro prstenasti modulator: Linova istraživačka grupa na Univerzitetu u Rochesteru razvila je prvi visokoperformansni fotonski kristalni modulator. Pored toga, predloženi su i mikro prstenasti modulatori bazirani na heterogenoj i homogenoj integraciji silicijum-litijum-niobata, postižući propusne opsege od nekoliko GHz.
2.2 Modulator rezonantne šupljine s Braggovom rešetkom: uključujući Fabry Perot (FP) šupljinu, valovodnu Braggovu rešetku (WBG) i modulator spore svjetlosti (SL). Ove strukture su dizajnirane da uravnoteže veličinu, tolerancije procesa i performanse, na primjer, modulator rezonantne šupljine 2 × 2 FP postiže ultra veliki propusni opseg koji prelazi 110 GHz. Modulator spore svjetlosti zasnovan na spregnutoj Braggovoj rešetki proširuje raspon radnog propusnog opsega.
3. Heterogeni integrirani tankoslojni modulator litijum niobata
Postoje tri glavne metode integracije koje kombiniraju kompatibilnost CMOS tehnologije na platformama baziranim na silicijumu s odličnim modulacijskim performansama litijum niobata:
3.1 Heterogena integracija tipa veze: Direktnim vezivanjem sa benzociklobutenom (BCB) ili silicijum dioksidom, tanki film litijum niobata se prenosi na silicijumsku ili silicijum nitridnu platformu, postižući integraciju na nivou pločice i stabilnu na visokim temperaturama. Modulator pokazuje visoku propusnost (>70 GHz, čak i preko 110 GHz) i mogućnost brzog prenosa signala.
3.2 Heterogena integracija materijala za taloženje talasovoda: taloženje silicija ili silicijum nitrida na tanki film litijum niobata kao talasovod opterećenja takođe postiže efikasnu elektrooptičku modulaciju.
3.3 Mikro transfer štampa (μ TP) heterogena integracija: Očekuje se da će se ova tehnologija koristiti za proizvodnju velikih razmjera, a koja prenosi prefabrikovane funkcionalne uređaje na ciljne čipove pomoću visokoprecizne opreme, izbjegavajući složenu naknadnu obradu. Uspješno je primijenjena na platformama od silicijum nitrida i silicija, postižući propusni opseg od nekoliko desetina GHz.
Ukratko, ovaj članak sistematski ocrtava tehnološki plan elektrooptičkih modulatora baziranih na tankoslojnim litijum niobatnim platformama, od traženja visokoperformansnih i širokopojasnih nerezonantnih struktura šupljina, istraživanja minijaturiziranih rezonantnih struktura šupljina, do integracije sa zrelim fotonskim platformama baziranim na siliciju. Demonstrira ogroman potencijal i kontinuirani napredak tankoslojnih litijum niobatnih modulatora u prevazilaženju uskog grla performansi tradicionalnih modulatora i postizanju brze optičke komunikacije.
Vrijeme objave: 31. mart 2026.