Progresso da pesquisa sobre modulador eletro-óptico de niobato de lítio de filme fino

Progresso da pesquisa demodulador eletro-óptico de niobato de lítio de filme fino

O modulador eletro-óptico é o dispositivo central dos sistemas de comunicação óptica e fotônicos de micro-ondas. Ele regula a propagação da luz no espaço livre ou em guias de ondas ópticas, alterando o índice de refração do material causado pelo campo elétrico aplicado. O niobato de lítio tradicionalmodulador eletro-ópticoUtiliza niobato de lítio em massa como material eletro-óptico. O niobato de lítio monocristalino é dopado localmente para formar um guia de ondas por meio de difusão de titânio ou processo de troca de prótons. A diferença no índice de refração entre a camada central e a camada de revestimento é muito pequena, e o guia de ondas tem baixa capacidade de ligação ao campo luminoso. O comprimento total do modulador eletro-óptico encapsulado é geralmente de 5 a 10 cm.

A tecnologia de niobato de lítio sobre isolador (LNOI) oferece uma maneira eficaz de solucionar o problema do grande tamanho do modulador eletro-óptico de niobato de lítio. A diferença no índice de refração entre a camada central do guia de ondas e a camada de revestimento é de até 0,7, o que aumenta significativamente a capacidade de ligação do modo óptico e o efeito de regulação eletro-óptica do guia de ondas, tornando-se um ponto de pesquisa na área de moduladores eletro-ópticos.

Devido ao progresso da tecnologia de microusinagem, o desenvolvimento de moduladores eletro-ópticos baseados na plataforma LNOI tem avançado rapidamente, apresentando uma tendência de tamanho mais compacto e melhoria contínua do desempenho. De acordo com a estrutura de guia de onda utilizada, os moduladores eletro-ópticos de niobato de lítio de filme fino típicos são moduladores eletro-ópticos de guia de onda gravados diretamente, híbridos carregados.moduladores de guia de ondae moduladores eletro-ópticos de guia de onda integrados de silício híbrido.

Atualmente, o aprimoramento do processo de corrosão a seco reduz significativamente a perda de guias de onda de niobato de lítio em película fina. O método de carregamento por crista resolve o problema da alta dificuldade do processo de corrosão, e o modulador eletro-óptico de niobato de lítio com tensão de meia onda inferior a 1 V foi desenvolvido. A combinação com a tecnologia SOI madura atende à tendência de integração híbrida de fótons e elétrons. A tecnologia de niobato de lítio em película fina apresenta vantagens na implementação de moduladores eletro-ópticos integrados em chip, com baixas perdas, tamanho reduzido e grande largura de banda. Teoricamente, prevê-se que o modulador push-pull de niobato de lítio em película fina de 3 mmModulador M⁃ZA largura de banda eletro-óptica de 3 dB pode atingir até 400 GHz, e a largura de banda do modulador de niobato de lítio em película fina preparado experimentalmente foi relatada como sendo pouco superior a 100 GHz, o que ainda está longe do limite superior teórico. A melhoria proporcionada pela otimização dos parâmetros estruturais básicos é limitada. No futuro, a partir da perspectiva da exploração de novos mecanismos e estruturas, como o projeto do eletrodo de guia de onda coplanar padrão como um eletrodo de micro-ondas segmentado, o desempenho do modulador poderá ser ainda mais aprimorado.

Além disso, a implementação do encapsulamento integrado do chip modulador e a integração heterogênea no chip com lasers, detectores e outros dispositivos representam uma oportunidade e um desafio para o desenvolvimento futuro de moduladores de niobato de lítio em película fina. O modulador eletro-óptico de niobato de lítio em película fina desempenhará um papel mais importante em fótons de micro-ondas, comunicação óptica e outros campos.