Napredak istraživanja elektrooptičkog modulatora tankog filma litijum niobata

Napredak istraživanjaelektrooptički modulator tankog filma litijum niobata

Elektrooptički modulator je osnovni uređaj optičkog komunikacijskog sistema i mikrotalasnog fotonskog sistema. On reguliše širenje svjetlosti u slobodnom prostoru ili optičkom talasovodu promjenom indeksa prelamanja materijala uzrokovanog primijenjenim električnim poljem. Tradicionalni litijum niobatelektrooptički modulatorKoristi rasuti litijum niobat kao elektrooptički materijal. Monokristalni litijum niobat je lokalno dopiran kako bi se formirao talasovod putem difuzije titana ili procesa protonske izmjene. Razlika indeksa prelamanja između jezgrenog sloja i sloja obloge je vrlo mala, a talasovod ima slabu sposobnost vezivanja za svjetlosno polje. Ukupna dužina pakovanog elektrooptičkog modulatora je obično 5~10 cm.

Tehnologija litijum niobata na izolatoru (LNOI) pruža efikasan način rješavanja problema velikih dimenzija elektrooptičkog modulatora od litijum niobata. Razlika indeksa prelamanja između jezgra talasovoda i sloja obloge je do 0,7, što značajno poboljšava sposobnost vezivanja optičkih modova i efekat elektrooptičke regulacije talasovoda, te je postalo istraživačka žarišna tačka u oblasti elektrooptičkog modulatora.

Zahvaljujući napretku tehnologije mikroobrade, razvoj elektrooptičkih modulatora zasnovanih na LNOI platformi je brzo napredovao, pokazujući trend kompaktnije veličine i kontinuiranog poboljšanja performansi. Prema korištenoj strukturi valovoda, tipični elektrooptički modulatori od tankog filma litijum niobata su direktno nagrizeni elektrooptički modulatori valovoda, opterećeni hibridni...modulatori valovodai hibridne elektrooptičke modulatore sa integriranim silicijumskim valovodom.

Trenutno, poboljšanje procesa suhog nagrizanja značajno smanjuje gubitke u talasovodu od tankog filma litijum niobata, metoda grebenskog opterećenja rješava problem velike težine procesa nagrizanja i omogućava da se dobije elektrooptički modulator od litijum niobata sa naponom manjim od 1 V u polutalasnoj formi, a kombinacija sa zrelom SOI tehnologijom u skladu je sa trendom hibridne integracije fotona i elektrona. Tehnologija tankog filma litijum niobata ima prednosti u realizaciji integrisanog elektrooptičkog modulatora na čipu sa malim gubicima, malom veličinom i velikim propusnim opsegom. Teoretski se predviđa da će tanki film litijum niobata debljine 3 mm biti push-pull.M⁃Z modulatoriElektrooptički propusni opseg od 3dB može doseći i do 400 GHz, a propusni opseg eksperimentalno pripremljenog tankoslojnog litijum-niobatnog modulatora je, prema izvještajima, nešto preko 100 GHz, što je još uvijek daleko od teorijske gornje granice. Poboljšanje postignuto optimizacijom osnovnih strukturnih parametara je ograničeno. U budućnosti, iz perspektive istraživanja novih mehanizama i struktura, kao što je projektovanje standardne koplanarne elektrode talasovoda kao segmentirane mikrotalasne elektrode, performanse modulatora mogu se dodatno poboljšati.

Osim toga, realizacija integriranog pakiranja modulatorskih čipova i heterogene integracije na čipu s laserima, detektorima i drugim uređajima predstavlja i priliku i izazov za budući razvoj tankoslojnih litijum niobatnih modulatora. Tankoslojni elektrooptički modulator litijum niobata igrat će važniju ulogu u mikrovalnim fotonima, optičkoj komunikaciji i drugim poljima.