Įvadas į struktūrą ir veikimąPlonasluoksnis ličio niobato elektrooptinis moduliatorius
An elektrooptinis moduliatoriusremiantis skirtingomis plonasluoksnio ličio niobato struktūromis, bangos ilgiais ir platformomis bei išsamiu įvairių tipų eksploatacinių savybių palyginimuEOM moduliatoriai, taip pat tyrimų ir taikymo analizęPlonasluoksniai ličio niobato moduliatoriaikitose srityse.
1. Nerezoninis plonasluoksnis ličio niobato moduliatorius su rezonatoriumi
Šis moduliatoriaus tipas pagrįstas puikiu ličio niobato kristalo elektrooptiniu efektu ir yra pagrindinis įrenginys, užtikrinantis didelės spartos ir tolimojo nuotolio optinį ryšį. Yra trys pagrindinės struktūros:
1.1 Keliaujančios bangos elektrodo MZI moduliatorius: Tai tipiškiausias dizainas. Harvardo universiteto Lon č ar tyrimų grupė pirmą kartą sukūrė didelio našumo versiją 2018 m., o vėliau buvo patobulinta, įskaitant talpinę apkrovą, pagrįstą kvarco substratais (didelio pralaidumo, bet nesuderinama su silicio pagrindu pagamintais) ir silicio pagrindu suderinamą, pagrįstą substrato įdubimu, taip pasiekiant didelį pralaidumą (> 67 GHz) ir didelės spartos signalo (pvz., 112 Gbit/s PAM4) perdavimą.
1.2 Sulankstomas MZI moduliatorius: Siekiant sutrumpinti įrenginio dydį ir pritaikyti jį kompaktiškiems moduliams, tokiems kaip QSFP-DD, naudojamas poliarizacijos apdorojimas, kryžminiai bangolaidžiai arba apversti mikrostruktūros elektrodai, kad įrenginio ilgis būtų sumažintas perpus ir būtų pasiektas 60 GHz dažnių juostos plotis.
1.3 Vienos/dvigubos poliarizacijos koherentinis ortogonalus (IQ) moduliatorius: naudoja aukšto eilės moduliacijos formatą, kad padidintų perdavimo greitį. Sun Yat Sen universiteto Cai tyrimų grupė 2020 m. sukūrė pirmąjį lustu pagamintą vienos poliarizacijos IQ moduliatorių. Ateityje sukurtas dvigubos poliarizacijos IQ moduliatorius pasižymi geresniu našumu, o kvarco substrato pagrindu sukurta versija pasiekė vieno bangos ilgio perdavimo greičio rekordą – 1,96 Tbit/s.
2. Rezonansinio rezonatoriaus tipo plonasluoksnis ličio niobato moduliatorius
Norint sukurti itin mažus ir didelius pralaidumo moduliatorius, yra įvairių rezonansinių ertmių struktūrų:
2.1 Fotoninis kristalas (PC) ir mikrožiedinis moduliatorius: Lino tyrimų grupė Ročesterio universitete sukūrė pirmąjį didelio našumo fotoninio kristalo moduliatorių. Be to, buvo pasiūlyti mikrožiediniai moduliatoriai, pagrįsti silicio ličio niobato heterogenine ir homogenine integracija, pasiekiantys kelių GHz dažnių juostos plotį.
2.2 Brago grotelių rezonansinis rezonatorius moduliatorius: įskaitant Fabry-Perot (FP) rezonatorių, bangolaidžio Brago grotelių (WBG) ir lėtos šviesos (SL) moduliatorių. Šios struktūros sukurtos taip, kad būtų subalansuotas dydis, proceso tolerancijos ir našumas, pavyzdžiui, 2 × 2 FP rezonansinis rezonatorius moduliatorius pasiekia itin didelį pralaidumą, viršijantį 110 GHz. Lėtos šviesos moduliatorius, pagrįstas susietu Brago grotelėmis, išplečia darbinio pralaidumo diapazoną.
3. Heterogeninis integruotas plonasluoksnis ličio niobato moduliatorius
Yra trys pagrindiniai integravimo metodai, skirti suderinti CMOS technologijos suderinamumą su silicio pagrindu su puikiu ličio niobato moduliacijos našumu:
3.1 Heterogeninė jungties tipo integracija: tiesiogiai sujungiant benzociklobuteną (BCB) arba silicio dioksidą, plonasluoksnis ličio niobatas perkeliamas ant silicio arba silicio nitrido platformos, pasiekiant plokštelių lygio, aukštoje temperatūroje stabilią integraciją. Moduliatorius pasižymi dideliu pralaidumu (> 70 GHz, net viršijančiu 110 GHz) ir didelės spartos signalo perdavimo galimybėmis.
3.2 Heterogeninė bangolaidžio medžiagos nusodinimo integracija: silicio arba silicio nitrido nusodinimas ant plonasluoksnio ličio niobato kaip apkrovos bangolaidžio taip pat pasiekia efektyvią elektrooptinę moduliaciją.
3.3 Mikroperkėlimo spausdinimo (μTP) heterogeninė integracija: tai technologija, kuri, kaip tikimasi, bus naudojama didelio masto gamyboje, kai iš anksto pagaminti funkciniai įrenginiai perkeliami į tikslinius lustus naudojant didelio tikslumo įrangą, išvengiant sudėtingo papildomo apdorojimo. Ji sėkmingai pritaikyta silicio nitrido ir silicio pagrindu veikiančiose platformose, pasiekiant dešimčių GHz pralaidumą.
Apibendrinant, šiame straipsnyje sistemingai aprašomas elektrooptinių moduliatorių, pagrįstų plonasluoksnėmis ličio niobato platformomis, technologinis planas, pradedant didelio našumo ir didelio pralaidumo nerezonansinių ertmių struktūrų siekimu, miniatiūrizuotų rezonansinių ertmių struktūrų tyrimu ir integravimu su brandžiomis silicio pagrindu pagamintomis fotoninėmis platformomis. Jame parodomas didžiulis plonasluoksnių ličio niobato moduliatorių potencialas ir nuolatinė pažanga siekiant įveikti tradicinių moduliatorių našumo kliūtis ir pasiekti didelės spartos optinį ryšį.
Įrašo laikas: 2026 m. kovo 31 d.