Uvod v strukturo in delovanjeElektrooptični modulator s tankim filmom litijevega niobata
An elektrooptični modulatorna podlagi različnih struktur, valovnih dolžin in platform tankoslojnega litijevega niobata ter celovite primerjave učinkovitosti različnih vrstEOM modulatorji, kot tudi analizo raziskav in uporabetankoslojni modulatorji litijevega niobatana drugih področjih.
1. Modulator tankega filma litijevega niobata z neresonančno votlino
Ta vrsta modulatorja temelji na odličnem elektrooptičnem učinku kristala litijevega niobata in je ključna naprava za doseganje hitre in dolge optične komunikacije. Obstajajo tri glavne strukture:
1.1 Modulator MZI s potujočo valovno elektrodo: To je najtipčnejša zasnova. Raziskovalna skupina Lon č ar na Univerzi Harvard je leta 2018 prvič dosegla visokozmogljivo različico, s poznejšimi izboljšavami, vključno s kapacitivno obremenitvijo na osnovi kremenčevih substratov (visoka pasovna širina, vendar nezdružljiva s substrati na osnovi silicija) in združljivostjo na osnovi silicija, ki temelji na votlitvi substrata, s čimer je dosežena visoka pasovna širina (> 67 GHz) in visokohitrostni prenos signala (kot je 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Zložljivi MZI modulator: Za skrajšanje velikosti naprave in prilagoditev kompaktnim modulom, kot je QSFP-DD, se za prepolovitev dolžine naprave in doseganje pasovne širine 60 GHz uporabljajo polarizacijska obdelava, križni valovod ali obrnjene mikrostrukturne elektrode.
1.3 Eno/dvojno polarizacijski koherentni ortogonalni (IQ) modulator: Uporablja format modulacije višjega reda za izboljšanje hitrosti prenosa. Raziskovalna skupina Cai na Univerzi Sun Yatsen je leta 2020 dosegla prvi enojno polarizacijski IQ modulator na čipu. Dvo-polarizacijski IQ modulator, razvit v prihodnosti, ima boljše delovanje, različica na osnovi kremenčevega substrata pa je postavila rekord hitrosti prenosa na eni valovni dolžini 1,96 Tbit/s.
2. Modulator tankega filma litijevega niobata z resonančno votlino
Za doseganje modulatorjev z ultra majhno in veliko pasovno širino so na voljo različne strukture resonančnih votlin:
2.1 Fotonski kristal (PC) in mikro obročni modulator: Linova raziskovalna skupina na Univerzi v Rochesterju je razvila prvi visokozmogljivi fotonski kristalni modulator. Poleg tega so bili predlagani tudi mikro obročni modulatorji na osnovi heterogene in homogene integracije silicijevega litijevega niobata, ki dosegajo pasovne širine več GHz.
2.2 Modulator resonančne votline z Braggovo rešetko: vključno z votlino Fabry Perot (FP), valovodno Braggovo rešetko (WBG) in modulatorjem počasne svetlobe (SL). Te strukture so zasnovane tako, da uravnotežijo velikost, procesne tolerance in zmogljivost, na primer modulator resonančne votline 2 × 2 FP doseže ultra veliko pasovno širino, ki presega 110 GHz. Modulator počasne svetlobe, ki temelji na sklopljeni Braggovi rešetki, širi območje delovne pasovne širine.
3. Heterogeni integrirani tankoslojni modulator litijevega niobata
Obstajajo tri glavne metode integracije, ki združujejo združljivost tehnologije CMOS na platformah na osnovi silicija z odlično modulacijsko zmogljivostjo litijevega niobata:
3.1 Heterogena integracija tipa vezi: Z neposredno vezavo z benzociklobutenom (BCB) ali silicijevim dioksidom se tankoplastni litijev niobat prenese na silicijev ali silicijev nitridni sistem, s čimer se doseže integracija na ravni rezine, stabilna pri visoki temperaturi. Modulator ima visoko pasovno širino (> 70 GHz, celo presega 110 GHz) in zmogljivost prenosa signala z veliko hitrostjo.
3.2 Heterogena integracija materiala valovoda za nanašanje: nanašanje silicija ali silicijevega nitrida na tankoslojni litijev niobat kot obremenitveni valovod prav tako doseže učinkovito elektrooptično modulacijo.
3.3Heterogena integracija mikrotransfernega tiska (μ TP): To je tehnologija, ki naj bi se uporabljala za obsežno proizvodnjo in s pomočjo visoko precizne opreme prenaša vnaprej izdelane funkcionalne naprave na ciljne čipe, s čimer se izognemo kompleksni naknadni obdelavi. Uspešno je bila uporabljena na platformah iz silicijevega nitrida in silicija, pri čemer je dosegla pasovne širine več deset GHz.
Če povzamemo, ta članek sistematično opisuje tehnološki načrt elektrooptičnih modulatorjev, ki temeljijo na tankoplastnih litijevih niobatnih platformah, od iskanja visokozmogljivih in širokopasovnih neresonančnih struktur z votlinami, raziskovanja miniaturiziranih resonančnih struktur z votlinami in integracije z zrelimi silicijskimi fotonskimi platformami. Prikazuje ogromen potencial in nenehen napredek tankoplastnih litijevih niobatnih modulatorjev pri premagovanju ozkega grla zmogljivosti tradicionalnih modulatorjev in doseganju visokohitrostne optične komunikacije.
Čas objave: 31. marec 2026