Вступ до структури та продуктивності тонкоплівкового електрооптичного модулятора на основі ніобату літію

Вступ до структури та продуктивностіТонкоплівковий електрооптичний модулятор літій-ніобату
An електрооптичний модуляторна основі різних структур, довжин хвиль та платформ тонкоплівкового ніобату літію, а також комплексного порівняння продуктивності різних типівEOM модулятори, а також аналіз досліджень та застосуваннятонкоплівкові модулятори ніобату літіюв інших галузях.

1. Модулятор тонкоплівкового ніобату літію з нерезонансним резонатором
Цей тип модулятора базується на чудовому електрооптичному ефекті кристала ніобату літію та є ключовим пристроєм для досягнення високошвидкісного оптичного зв'язку на великі відстані. Існує три основні структури:
1.1 Модулятор MZI на основі біжучого хвильового електрода: це найтиповіша конструкція. Дослідницька група Lon č ar у Гарвардському університеті вперше досягла високопродуктивної версії у 2018 році, з подальшими вдосконаленнями, включаючи ємнісне навантаження на основі кварцових підкладок (високої пропускної здатності, але несумісне з кремнієвими) та сумісне з кремнієм навантаження на основі порожнини підкладки, що дозволило досягти високої пропускної здатності (>67 ГГц) та високошвидкісної передачі сигналу (наприклад, 112 Гбіт/с PAM4).
1.2 Складаний MZI-модулятор: Для скорочення розміру пристрою та адаптації до компактних модулів, таких як QSFP-DD, використовується поляризаційна обробка, перехресний хвилевід або інвертовані мікроструктурні електроди, щоб зменшити довжину пристрою вдвічі та досягти смуги пропускання 60 ГГц.
1.3 Одно/подвійний когерентний ортогональний (IQ) модулятор з однією поляризацією: використовує формат модуляції високого порядку для підвищення швидкості передачі. Дослідницька група Цай в Університеті Сунь Ятсена досягла першого вбудованого однополяризаційного IQ модулятора у 2020 році. Двополяризаційний IQ модулятор, розроблений у майбутньому, має кращі характеристики, а версія на основі кварцової підкладки встановила рекорд швидкості передачі на одній довжині хвилі 1,96 Тбіт/с.

2. Тонкоплівковий модулятор на основі ніобату літію резонансного типу
Для створення модуляторів з надмалою та великою смугою пропускання доступні різні структури резонансних порожнин:
2.1 Фотонний кристал (ПК) та мікрокільцевий модулятор: Дослідницька група Ліна в Університеті Рочестера розробила перший високопродуктивний фотонний кристалічний модулятор. Крім того, також були запропоновані мікрокільцеві модулятори на основі гетерогенної та гомогенної інтеграції кремнію-літій-ніобату, що досягають смуги пропускання в кілька ГГц.
2.2 Модулятор резонансного резонатора з брегівською ґраткою: включаючи резонатор Фабрі-Перо (FP), хвилеводну брегівську ґратку (WBG) та модулятор повільного світла (SL). Ці структури розроблені для балансування розміру, технологічних допусків та продуктивності, наприклад, модулятор резонансного резонатора 2 × 2 FP досягає надвеликої смуги пропускання, що перевищує 110 ГГц. Модулятор повільного світла на основі зв'язаної брегівської ґратки розширює робочий діапазон смуги пропускання.

3. Гетерогенний інтегрований тонкоплівковий модулятор ніобату літію
Існує три основні методи інтеграції, що поєднують сумісність CMOS-технології на кремнієвих платформах з чудовими характеристиками модуляції ніобату літію:
3.1 Гетерогенна інтеграція типу зв'язку: шляхом безпосереднього зв'язку з бензоциклобутеном (BCB) або діоксидом кремнію, тонкоплівковий ніобат літію переноситься на кремнієву або нітрид кремнієву платформу, досягаючи стабільної інтеграції на рівні пластини за високої температури. Модулятор демонструє високу пропускну здатність (>70 ГГц, навіть перевищуючи 110 ГГц) та здатність до високошвидкісної передачі сигналу.
3.2 Гетерогенна інтеграція матеріалу хвилеводу методом осадження: осадження кремнію або нітриду кремнію на тонкоплівковому ніобаті літію як хвилеводі навантаження також забезпечує ефективну електрооптичну модуляцію.
3.3 Гетерогенна інтеграція мікротрансферного друку (μ TP): Ця технологія, яка, як очікується, буде використовуватися для великомасштабного виробництва, дозволяє переносити попередньо виготовлені функціональні пристрої на цільові мікросхеми за допомогою високоточного обладнання, уникаючи складної постобробки. Вона була успішно застосована до нітриду кремнію та кремнієвих платформ, досягаючи пропускної здатності в десятки ГГц.

Підсумовуючи, ця стаття систематично окреслює технологічну дорожню карту електрооптичних модуляторів на основі тонкоплівкових платформ ніобату літію, починаючи від пошуку високопродуктивних та широкосмугових нерезонансних резонаторних структур, дослідження мініатюрних резонансних резонаторних структур та інтеграції зі зрілими кремнієвими фотонними платформами. Вона демонструє величезний потенціал та постійний прогрес тонкоплівкових модуляторів ніобату літію у подоланні вузьких місць у продуктивності традиційних модуляторів та досягненні високошвидкісного оптичного зв'язку.