Uvod u strukturu i performanseElektrooptički modulator s tankim filmom litij-niobata
An elektrooptički modulatorna temelju različitih struktura, valnih duljina i platformi tankog filma litijevog niobata, te sveobuhvatne usporedbe performansi različitih vrstaEOM modulatori, kao i analizu istraživanja i primjenetankoslojni litijev niobatni modulatoriu drugim područjima.
1. Modulator tankog filma litijevog niobata s nerezonantnom šupljinom
Ova vrsta modulatora temelji se na izvrsnom elektrooptičkom učinku kristala litijevog niobata i ključni je uređaj za postizanje brze optičke komunikacije na velike udaljenosti. Postoje tri glavne strukture:
1.1 MZI modulator s putujućom valnom elektrodom: Ovo je najtipičniji dizajn. Istraživačka grupa Lon č ar na Sveučilištu Harvard prvi je put postigla visokoučinkovitu verziju 2018. godine, s naknadnim poboljšanjima uključujući kapacitivno opterećenje temeljeno na kvarcnim podlogama (visoka propusnost, ali nekompatibilno s onima na bazi silicija) i kompatibilno s onima na bazi silicija temeljeno na udubljenju podloge, 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 poput QSFP-DD, koristi se polarizacijska obrada, križni valovod ili invertirane mikrostrukturne elektrode kako bi se duljina uređaja prepolovila 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 Sveučilištu 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 temeljena na kvarcnoj podlozi postavila je rekord brzine prijenosa jedne valne duljine od 1,96 Tbit/s.
2. Modulator tankog filma litijevog niobata rezonantnog tipa
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 Sveučilištu u Rochesteru razvila je prvi visokoučinkoviti fotonski kristalni modulator. Osim toga, predloženi su i mikro prstenasti modulatori temeljeni na heterogenoj i homogenoj integraciji silicij-litij-niobata, postižući propusne širine 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 za uravnoteženje veličine, tolerancija procesa i performansi, na primjer, modulator rezonantne šupljine 2 × 2 FP postiže ultra veliku propusnost koja prelazi 110 GHz. Modulator spore svjetlosti temeljen na spregnutoj Braggovoj rešetki proširuje raspon radne propusnosti.
3. Heterogeni integrirani tankoslojni litijev niobatni modulator
Postoje tri glavne metode integracije koje kombiniraju kompatibilnost CMOS tehnologije na platformama temeljenim na siliciju s izvrsnim modulacijskim performansama litijevog niobata:
3.1 Heterogena integracija tipa veze: Izravnim povezivanjem s benzociklobutenom (BCB) ili silicijevim dioksidom, tanki film litijevog niobata prenosi se na silicijevu ili silicijev nitridnu platformu, postižući integraciju na razini pločice i stabilnu na visokim temperaturama. Modulator pokazuje visoku propusnost (>70 GHz, čak i preko 110 GHz) i mogućnost prijenosa signala velikom brzinom.
3.2 Heterogena integracija materijala valovoda za taloženje: taloženje silicija ili silicijevog nitrida na tanki film litijevog niobata kao valovoda opterećenja također postiže učinkovitu elektrooptičku modulaciju.
3.3 Mikro transferni tisak (μ TP) heterogena integracija: Očekuje se da će se ova tehnologija koristiti za proizvodnju velikih razmjera, a koja prenosi montažne funkcionalne uređaje na ciljne čipove pomoću visokoprecizne opreme, izbjegavajući složenu naknadnu obradu. Uspješno je primijenjena na platforme od silicijevog nitrida i silicija, postižući propusnost od nekoliko desetaka GHz.
Ukratko, ovaj članak sustavno ocrtava tehnološki plan elektrooptičkih modulatora temeljenih na tankoslojnim litijevim niobatnim platformama, od traženja visokoučinkovitih i širokopojasnih nerezonantnih struktura šupljina, istraživanja minijaturiziranih rezonantnih struktura šupljina do integracije sa zrelim silicijskim fotonskim platformama. Pokazuje ogroman potencijal i kontinuirani napredak tankoslojnih litijevih niobatnih modulatora u prevladavanju uskog grla performansi tradicionalnih modulatora i postizanju brze optičke komunikacije.
Vrijeme objave: 31. ožujka 2026.