Inleiding tot die Struktuur en Prestasie vanDunfilm Litium Niobaat Elektro-optiese Modulator
An elektro-optiese modulatorgebaseer op verskillende strukture, golflengtes en platforms van dunfilm litiumniobat, en 'n omvattende prestasievergelyking van verskillende tipesEOM-modulators, sowel as 'n ontleding van die navorsing en toepassing vandunfilm litium niobaat modulatorsin ander velde.
1. Nie-resonante holte dunfilm litium niobaat modulator
Hierdie tipe modulator is gebaseer op die uitstekende elektro-optiese effek van litiumniobatkristal en is 'n sleuteltoestel vir die bereiking van hoëspoed- en langafstand-optiese kommunikasie. Daar is drie hoofstrukture:
1.1 Bewegende golfelektrode MZI-modulator: Dit is die mees tipiese ontwerp. Die Lončar-navorsingsgroep aan die Harvard Universiteit het in 2018 vir die eerste keer 'n hoëprestasie-weergawe bereik, met daaropvolgende verbeterings, insluitend kapasitiewe lading gebaseer op kwartssubstrate (hoë bandwydte maar onversoenbaar met silikon-gebaseerd) en silikon-gebaseerd versoenbaar gebaseer op substraatholting, wat hoë bandwydte (>67 GHz) en hoëspoedsein-oordrag (soos 112 Gbit/s PAM4) bereik.
1.2 Opvoubare MZI-modulator: Om die toestelgrootte te verkort en aan te pas by kompakte modules soos QSFP-DD, word polarisasiebehandeling, kruisgolfgeleier- of omgekeerde mikrostruktuurelektrodes gebruik om die toestellengte met die helfte te verminder en 'n bandwydte van 60 GHz te bereik.
1.3 Enkel-/Dubbele Polarisasie Koherente Ortogonale (IK) Modulator: Gebruik hoë-orde modulasieformaat om die transmissietempo te verbeter. Die Cai-navorsingsgroep aan die Sun Yat-sen Universiteit het die eerste enkelpolarisasie-IK-modulator op die skyfie in 2020 bereik. Die dubbelpolarisasie-IK-modulator wat in die toekoms ontwikkel word, het beter werkverrigting, en die weergawe gebaseer op kwartsubstraat het 'n enkelgolflengte-transmissietempo-rekord van 1.96 Tbit/s opgestel.
2. Resonante holte tipe dunfilm litium niobaat modulator
Om ultra-klein en groot bandwydte-modulators te verkry, is daar verskeie resonante holtestrukture beskikbaar:
2.1 Fotoniese kristal (PC) en mikroringmodulator: Lin se navorsingsgroep aan die Universiteit van Rochester het die eerste hoëprestasie-fotoniese kristalmodulator ontwikkel. Daarbenewens is mikroringmodulators gebaseer op silikon litium niobaat heterogene integrasie en homogene integrasie ook voorgestel, wat bandwydtes van verskeie GHz bereik.
2.2 Bragg-rooster resonante holtemodulator: insluitend Fabry Perot (FP) holte, golfgeleier Bragg-rooster (WBG), en stadige lig (SL) modulator. Hierdie strukture is ontwerp om grootte, prosestoleransies en werkverrigting te balanseer, byvoorbeeld, 'n 2 × 2 FP resonante holtemodulator bereik ultragroot bandwydte van meer as 110 GHz. Die stadige ligmodulator gebaseer op gekoppelde Bragg-rooster brei die werkbandwydtebereik uit.
3. Heterogene geïntegreerde dunfilm litiumniobatmodulator
Daar is drie hoofintegrasiemetodes om die versoenbaarheid van CMOS-tegnologie op silikon-gebaseerde platforms te kombineer met die uitstekende modulasieprestasie van litiumniobat:
3.1 Heterogene integrasie van die bindingstipe: Deur direk met bensosiklobuteen (BCB) of silikondioksied te bind, word dunfilm-litiumniobat oorgedra na 'n silikon- of silikonnitriedplatform, wat wafervlak- en hoëtemperatuurstabiele integrasie bereik. Die modulator vertoon hoë bandwydte (>70 GHz, selfs meer as 110 GHz) en hoëspoed-seinoordragvermoë.
3.2 Heterogene integrasie van afsettingsgolfgeleiermateriaal: die afsetting van silikon of silikonnitried op dunfilm-litiumniobat as 'n lasgolfgeleier bereik ook doeltreffende elektro-optiese modulasie.
3.3 Mikro-oordragdruk (μ TP) heterogene integrasie: Dit is 'n tegnologie wat na verwagting vir grootskaalse produksie gebruik sal word, wat voorafvervaardigde funksionele toestelle na teikenskyfies oordra deur middel van hoë-presisie-toerusting, wat komplekse naverwerking vermy. Dit is suksesvol toegepas op silikonnitried en silikon-gebaseerde platforms, wat bandwydtes van tiene GHz bereik.
Opsommend beskryf hierdie artikel sistematies die tegnologiese padkaart van elektro-optiese modulators gebaseer op dunfilm-litiumniobatplatforms, vanaf die nastrewing van hoëprestasie- en grootbandwydte-nie-resonante holtestrukture, die verkenning van geminiaturiseerde resonante holtestrukture, en die integrasie met volwasse silikon-gebaseerde fotoniese platforms. Dit demonstreer die enorme potensiaal en voortdurende vordering van dunfilm-litiumniobatmodulators om deur die prestasiebottelnek van tradisionele modulators te breek en hoëspoed-optiese kommunikasie te bereik.
Plasingstyd: 31 Maart 2026