Progresso da pesquisa demodulador eletro-óptico de niobato de lítio de película fina
O modulador eletro-óptico é o dispositivo central dos sistemas de comunicação óptica e fotônica de micro-ondas. Ele regula a luz que se propaga no espaço livre ou em um guia de ondas óptico, alterando o índice de refração do material devido à aplicação de um campo elétrico. O niobato de lítio é um exemplo tradicional.modulador eletro-ópticoUtiliza niobato de lítio em massa como material eletro-óptico. O niobato de lítio monocristalino é dopado localmente para formar o guia de ondas através de difusão de titânio ou processo de troca de prótons. A diferença de índice de refração entre a camada central e a camada de revestimento é muito pequena, e o guia de ondas apresenta baixa capacidade de ligação ao campo de luz. O comprimento total do modulador eletro-óptico encapsulado geralmente varia de 5 a 10 cm.
A tecnologia de niobato de lítio sobre isolante (LNOI) oferece uma maneira eficaz de resolver o problema do grande tamanho dos moduladores eletro-ópticos de niobato de lítio. A diferença no índice de refração entre a camada central do guia de ondas e a camada de revestimento chega a 0,7, o que aumenta consideravelmente a capacidade de ligação do modo óptico e o efeito de regulação eletro-óptica do guia de ondas, tornando-se um tema de pesquisa de grande interesse na área de moduladores eletro-ópticos.
Devido aos avanços na tecnologia de micromecanização, o desenvolvimento de moduladores eletro-ópticos baseados na plataforma LNOI tem progredido rapidamente, apresentando uma tendência de tamanho mais compacto e melhoria contínua de 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, ou moduladores híbridos carregados.moduladores de guia de ondase moduladores eletro-ópticos híbridos de guia de onda integrados em silício.
Atualmente, o aprimoramento do processo de corrosão seca reduz significativamente as perdas em guias de onda de niobato de lítio de filme fino. O método de carregamento por crista resolve o problema da alta dificuldade do processo de corrosão e possibilitou a criação de moduladores eletro-ópticos de niobato de lítio com tensão de meia onda inferior a 1 V. A combinação com a tecnologia SOI consolidada está em consonância com a tendência de integração híbrida de fótons e elétrons. A tecnologia de niobato de lítio de filme fino apresenta vantagens na obtenção de moduladores eletro-ópticos integrados em chip com baixa perda, tamanho reduzido e ampla largura de banda. Teoricamente, prevê-se que um modulador push-pull de niobato de lítio de filme fino de 3 mm...modulador 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 filme fino preparado experimentalmente foi relatada como sendo pouco superior a 100 GHz, o que ainda está longe do limite superior teórico. A melhoria obtida 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 de encapsulamento integrado de chips moduladores e a integração heterogênea em chip com lasers, detectores e outros dispositivos representam tanto uma oportunidade quanto um desafio para o desenvolvimento futuro de moduladores de niobato de lítio em filme fino. O modulador eletro-óptico de niobato de lítio em filme fino desempenhará um papel ainda mais importante em fótons de micro-ondas, comunicação óptica e outras áreas.
Data da publicação: 07/04/2025