Вовед во структурата и перформансите на тенкофилмскиот литиум-ниобат електрооптички модулатор

Вовед во структурата и перформансите наТенкофилмски литиумски ниобатски електрооптички модулатор
An електро-оптички модулаторврз основа на различни структури, бранови должини и платформи на тенкофилмски литиум ниобат, и сеопфатна споредба на перформансите на различни типови наМодулатори на набљудување на набљудувања, како и анализа на истражувањето и примената натенкофилмски литиум ниобатни модулаториво други полиња.

1. Нерезонантен тенкофилмски литиум ниобатен модулатор со празнина
Овој тип на модулатор се базира на одличниот електрооптички ефект на кристалот од литиум ниобат и е клучен уред за постигнување оптичка комуникација со голема брзина и на долги растојанија. Постојат три главни структури:
1.1 MZI модулатор со патна бранова електрода: Ова е најтипичниот дизајн. Истражувачката група Lon č ar на Универзитетот Харвард првпат постигна високо-перформансна верзија во 2018 година, со последователни подобрувања, вклучувајќи капацитивно оптоварување базирано на кварцни подлоги (висок пропусен опсег, но некомпатибилно со оние базирани на силициум) и компатибилност базирана на силициум базирана на вдлабнување на подлогата, постигнувајќи висок пропусен опсег (>67 GHz) и пренос на сигнал со голема брзина (како што е PAM4 од 112 Gbit/s).
1.2 Преклопен MZI модулатор: За да се скрати големината на уредот и да се прилагоди на компактни модули како што е QSFP-DD, се користат електроди за третман на поларизација, вкрстени бранови или инвертирани микроструктурни електроди за да се намали должината на уредот за половина и да се постигне пропусен опсег од 60 GHz.
1.3 Кохерентен ортогонален (IQ) модулатор со единечна/двојна поларизација: Користи формат на модулација од повисок ред за подобрување на брзината на пренос. Истражувачката група Cai на Универзитетот Сун Јат Сен го постигна првиот вграден IQ модулатор со единечна поларизација во 2020 година. IQ модулаторот со двојна поларизација развиен во иднина има подобри перформанси, а верзијата базирана на кварцна подлога постави рекорд за брзина на пренос со единечна бранова должина од 1,96 Tbit/s.

2. Тенкослоен модулатор на литиум ниобат од типот на резонантна празнина
За да се постигнат модулатори со ултра мал и голем пропусен опсег, достапни се различни резонантни шупливи структури:
2.1 Фотонски кристал (PC) и микро прстенест модулатор: Истражувачката група на Лин на Универзитетот во Рочестер го разви првиот високо-перформансен фотонски кристален модулатор. Покрај тоа, предложени се и микро прстенести модулатори базирани на хетерогена интеграција и хомогена интеграција на силициум литиум ниобат, со кои се постигнуваат пропусни опсези од неколку GHz.
2.2 Модулатор со резонантна празнина со Брагова решетка: вклучувајќи Фабри Пероова (FP) празнина, брановодна Брагова решетка (WBG) и модулатор со бавна светлина (SL). Овие структури се дизајнирани да ја балансираат големината, толеранциите на процесот и перформансите, на пример, модулатор со резонантна празнина 2 × 2 FP постигнува ултра голем пропусен опсег што надминува 110 GHz. Модулатор со бавна светлина базиран на поврзана Брагова решетка го проширува опсегот на работен пропусен опсег.

3. Хетероген интегриран тенкофилмски литиум ниобатен модулатор
Постојат три главни методи на интеграција за комбинирање на компатибилноста на CMOS технологијата на платформи базирани на силициум со одличните перформанси на модулација на литиум ниобат:
3.1 Хетерогена интеграција од тип на врска: Со директно поврзување со бензоциклобутен (BCB) или силициум диоксид, тенкофилмскиот литиум ниобат се пренесува на платформа од силициум или силициум нитрид, постигнувајќи интеграција на ниво на плочка и стабилна интеграција на висока температура. Модулаторот покажува висок пропусен опсег (>70 GHz, дури и над 110 GHz) и можност за пренос на сигнал со голема брзина.
3.2 Хетерогена интеграција на материјалот од брановодот со депозиција: депонирањето на силициум или силициум нитрид на тенок филмски литиум ниобат како брановод на оптоварување, исто така, постигнува ефикасна електрооптичка модулација.
3.3 Хетерогена интеграција на микротрансфер печатење (μ TP): Ова е технологија за која се очекува да се користи за производство на големи размери, која пренесува префабрикувани функционални уреди до целни чипови преку опрема со висока прецизност, избегнувајќи сложена пост-обработка. Успешно е применета на силициум нитрид и платформи базирани на силициум, постигнувајќи пропусен опсег од десетици GHz.

Накратко, овој напис систематски ги прикажува технолошките насоки на електрооптичките модулатори базирани на тенкофилмски литиум ниобатни платформи, од потрага по високо-перформансни и нерезонантни шупливи структури со голем пропусен опсег, истражување на минијатуризирани резонантни шупливи структури и интеграција со зрели фотонски платформи базирани на силициум. Го демонстрира огромниот потенцијал и континуираниот напредок на тенкофилмските литиум ниобатни модулатори во пробивањето на тесното грло во перформансите на традиционалните модулатори и постигнување на брза оптичка комуникација.