Introducció a l'estructura i el rendiment deModulador electroòptic de niobat de liti de pel·lícula fina
An modulador electroòpticbasat en diferents estructures, longituds d'ona i plataformes de niobat de liti de pel·lícula fina, i una comparació completa del rendiment de diversos tipus deModuladors EOM, així com una anàlisi de la recerca i l'aplicació demoduladors de niobat de liti de pel·lícula finaen altres camps.
1. Modulador de niobat de liti de pel·lícula fina de cavitat no ressonant
Aquest tipus de modulador es basa en l'excel·lent efecte electroòptic del cristall de niobat de liti i és un dispositiu clau per aconseguir comunicacions òptiques d'alta velocitat i llarga distància. Hi ha tres estructures principals:
1.1 Modulador MZI d'elèctrode d'ona viatgera: aquest és el disseny més típic. El grup de recerca de Lončar de la Universitat de Harvard va aconseguir per primera vegada una versió d'alt rendiment el 2018, amb millores posteriors que inclouen la càrrega capacitiva basada en substrats de quars (ample de banda elevat però incompatible amb els basats en silici) i compatibles amb silici basats en el buidatge del substrat, aconseguint un ample de banda elevat (>67 GHz) i una transmissió de senyal d'alta velocitat (com ara PAM4 de 112 Gbit/s).
1.2 Modulador MZI plegable: per tal d'escurçar la mida del dispositiu i adaptar-se a mòduls compactes com ara QSFP-DD, s'utilitzen tractament de polarització, guia d'ones creuades o elèctrodes de microestructura invertida per reduir la longitud del dispositiu a la meitat i aconseguir un ample de banda de 60 GHz.
1.3 Modulador ortogonal coherent (IQ) de polarització simple/dual: utilitza un format de modulació d'ordre alt per millorar la velocitat de transmissió. El grup de recerca Cai de la Universitat Sun Yat-sen va aconseguir el primer modulador IQ de polarització simple integrat en un xip el 2020. El modulador IQ de polarització dual desenvolupat en el futur té un millor rendiment, i la versió basada en substrat de quars ha establert un rècord de velocitat de transmissió de longitud d'ona única d'1,96 Tbit/s.
2. Modulador de niobat de liti de pel·lícula fina de tipus cavitat ressonant
Per aconseguir moduladors d'amplada de banda ultrapetits i grans, hi ha diverses estructures de cavitat ressonant disponibles:
2.1Cristall fotònic (PC) i modulador de microanell: El grup de recerca de Lin a la Universitat de Rochester ha desenvolupat el primer modulador de cristall fotònic d'alt rendiment. A més, també s'han proposat moduladors de microanell basats en la integració heterogènia i homogènia de niobat de silici i liti, que aconseguixen amplades de banda de diversos GHz.
2.2 Modulador de cavitat ressonant de reixeta de Bragg: inclou la cavitat Fabry Perot (FP), la reixeta de Bragg de guia d'ones (WBG) i el modulador de llum lenta (SL). Aquestes estructures estan dissenyades per equilibrar la mida, les toleràncies del procés i el rendiment, per exemple, un modulador de cavitat ressonant FP 2 × 2 aconsegueix un ample de banda ultra gran que supera els 110 GHz. El modulador de llum lenta basat en la reixeta de Bragg acoblada amplia el rang d'ample de banda de treball.
3. Modulador de niobat de liti de pel·lícula fina integrat heterogeni
Hi ha tres mètodes d'integració principals per combinar la compatibilitat de la tecnologia CMOS en plataformes basades en silici amb l'excel·lent rendiment de modulació del niobat de liti:
3.1 Integració heterogènia de tipus d'enllaç: mitjançant l'enllaç directe amb benzociclobutè (BCB) o diòxid de silici, el niobat de liti de pel·lícula fina es transfereix a una plataforma de silici o nitrur de silici, aconseguint una integració estable a alta temperatura i a nivell d'oblia. El modulador presenta un ample de banda elevat (>70 GHz, fins i tot superior a 110 GHz) i una capacitat de transmissió de senyal d'alta velocitat.
3.2 Integració heterogènia del material de guia d'ones de deposició: la deposició de silici o nitrur de silici sobre una pel·lícula fina de niobat de liti com a guia d'ones de càrrega també aconsegueix una modulació electroòptica eficient.
3.3 Integració heterogènia de la impressió per microtransferència (μ TP): es tracta d'una tecnologia que s'espera que s'utilitzi per a la producció a gran escala, que transfereix dispositius funcionals prefabricats a xips objectiu mitjançant equips d'alta precisió, evitant un postprocessament complex. S'ha aplicat amb èxit a plataformes de nitrur de silici i basades en silici, aconseguint amplades de banda de desenes de GHz.
En resum, aquest article descriu sistemàticament la guia tecnològica dels moduladors electroòptics basats en plataformes de niobat de liti de pel·lícula fina, des de la recerca d'estructures de cavitat no ressonants d'alt rendiment i gran amplada de banda, l'exploració d'estructures de cavitat ressonants miniaturitzades i la integració amb plataformes fotòniques madures basades en silici. Demostra l'enorme potencial i el progrés continu dels moduladors de niobat de liti de pel·lícula fina per superar el coll d'ampolla de rendiment dels moduladors tradicionals i aconseguir una comunicació òptica d'alta velocitat.
Data de publicació: 31 de març de 2026