Introduktion til strukturen og ydeevnen afTyndfilms lithium niobat elektrooptisk modulator
An elektrooptisk modulatorbaseret på forskellige strukturer, bølgelængder og platforme af tyndfilmslithiumniobat, og en omfattende præstationssammenligning af forskellige typer afEOM-modulatorersamt en analyse af forskningen og anvendelsen aftyndfilms lithium niobatmodulatorerpå andre områder.
1. Ikke-resonant hulrums tyndfilms lithiumniobatmodulator
Denne type modulator er baseret på den fremragende elektrooptiske effekt af lithiumniobatkrystal og er en nøgleenhed til at opnå højhastigheds- og langdistanceoptisk kommunikation. Der er tre hovedstrukturer:
1.1 MZI-modulator med vandrebølgeelektrode: Dette er det mest typiske design. Lončar-forskningsgruppen på Harvard University opnåede først en højtydende version i 2018 med efterfølgende forbedringer, herunder kapacitiv belastning baseret på kvartssubstrater (høj båndbredde, men inkompatibel med siliciumbaseret) og siliciumbaseret kompatibel baseret på substratudhulning, hvilket opnår høj båndbredde (>67 GHz) og højhastighedssignaltransmission (såsom 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Sammenklappelig MZI-modulator: For at forkorte enhedens størrelse og tilpasse sig kompakte moduler som QSFP-DD, anvendes polarisationsbehandling, krydsbølgeleder eller inverterede mikrostrukturelektroder til at halvere enhedens længde og opnå en båndbredde på 60 GHz.
1.3 Enkelt/dobbelt polarisations kohærent ortogonal (IQ) modulator: Bruger et højordensmodulationsformat til at forbedre transmissionshastigheden. Cai-forskningsgruppen på Sun Yat-sen University opnåede den første on-chip enkeltpolarisations-IQ-modulator i 2020. Den dobbeltpolarisations-IQ-modulator, der udvikles i fremtiden, har bedre ydeevne, og versionen baseret på kvartssubstrat har sat en rekord for transmissionshastighed på 1,96 Tbit/s med en enkelt bølgelængde.
2. Tyndfilms lithiumniobatmodulator af resonant hulrumstypen
For at opnå modulatorer med ultrasmå og store båndbredder findes der forskellige resonante hulrumsstrukturer:
2.1 Fotonisk krystal (PC) og mikroringmodulator: Lins forskergruppe ved University of Rochester har udviklet den første højtydende fotoniske krystalmodulator. Derudover er der også foreslået mikroringmodulatorer baseret på heterogen integration og homogen integration af silicium-lithiumniobat, der opnår båndbredder på flere GHz.
2.2 Bragg-gitter resonant hulrumsmodulator: inklusive Fabry Perot (FP) hulrum, bølgeleder Bragg-gitter (WBG) og langsomt lys (SL) modulator. Disse strukturer er designet til at afbalancere størrelse, procestolerancer og ydeevne. For eksempel opnår en 2 × 2 FP resonant hulrumsmodulator en ultrastor båndbredde på over 110 GHz. Den langsomme lysmodulator baseret på koblet Bragg-gitter udvider arbejdsbåndbreddeområdet.
3. Heterogen integreret tyndfilms lithiumniobatmodulator
Der er tre primære integrationsmetoder til at kombinere kompatibiliteten af CMOS-teknologi på siliciumbaserede platforme med den fremragende moduleringsydelse af lithiumniobat:
3.1 Heterogen integration af bindingstypen: Ved direkte binding med benzocyclobuten (BCB) eller siliciumdioxid overføres tyndfilmslithiumniobat til en silicium- eller siliciumnitridplatform, hvilket opnår integration på waferniveau med stabil høj temperatur. Modulatoren udviser høj båndbredde (>70 GHz, endda over 110 GHz) og højhastighedssignaltransmissionskapacitet.
3.2 Heterogen integration af aflejringsbølgeledermateriale: aflejring af silicium eller siliciumnitrid på tyndfilmslithiumniobat som belastningsbølgeleder opnår også effektiv elektrooptisk modulering.
3.3 Heterogen integration af mikrotransferprint (μ TP): Dette er en teknologi, der forventes at blive brugt til storskalaproduktion, hvor præfabrikerede funktionelle enheder overføres til målchips via højpræcisionsudstyr, hvilket undgår kompleks efterbehandling. Den er blevet anvendt med succes på siliciumnitrid og siliciumbaserede platforme og har opnået båndbredder på ti GHz.
Sammenfattende skitserer denne artikel systematisk den teknologiske køreplan for elektrooptiske modulatorer baseret på tyndfilms-lithiumniobatplatforme, lige fra at forfølge højtydende og storbåndbredde ikke-resonante kavitetsstrukturer, udforske miniaturiserede resonante kavitetsstrukturer og integrere med modne siliciumbaserede fotoniske platforme. Den demonstrerer det enorme potentiale og de kontinuerlige fremskridt, som tyndfilms-lithiumniobatmodulatorer har i at bryde igennem flaskehalsen i traditionelle modulatorer og opnå højhastighedsoptisk kommunikation.
Opslagstidspunkt: 31. marts 2026