Pag-unlad ng pananaliksik sa manipis na pelikulang lithium niobate electro-optic modulator

Pag-unlad ng pananaliksikmanipis na pelikulang lithium niobate electro-optic modulator

Ang electro-optic modulator ang pangunahing aparato ng optical communication system at microwave photonic system. Kinokontrol nito ang liwanag na lumalaganap sa free space o optical waveguide sa pamamagitan ng pagbabago ng refractive index ng materyal na dulot ng inilapat na electric field. Ang tradisyonal na lithium niobatemodulator na elektro-optikalGumagamit ito ng bulk lithium niobate material bilang electro-optical material. Ang single crystal lithium niobate material ay lokal na nido-dope upang bumuo ng waveguide sa pamamagitan ng titanium diffusion o proton exchange process. Napakaliit ng refractive index difference sa pagitan ng core layer at cladding layer, at mahina ang kakayahan ng waveguide na makagapos sa light field. Ang kabuuang haba ng naka-package na electro-optic modulator ay karaniwang 5~10 cm.

Ang teknolohiyang Lithium Niobate on Insulator (LNOI) ay nagbibigay ng epektibong paraan upang malutas ang problema ng malaking sukat ng lithium niobate electro-optic modulator. Ang pagkakaiba ng refractive index sa pagitan ng waveguide core layer at ng cladding layer ay hanggang 0.7, na lubos na nagpapahusay sa kakayahan ng optical mode binding at electro-optical regulation effect ng waveguide, at naging isang hotspot ng pananaliksik sa larangan ng electro-optical modulator.

Dahil sa pag-unlad ng teknolohiyang micro-machining, ang pag-unlad ng mga electro-optic modulator na nakabatay sa LNOI platform ay mabilis na umusad, na nagpapakita ng trend ng mas siksik na laki at patuloy na pagbuti ng pagganap. Ayon sa istrukturang waveguide na ginamit, ang karaniwang thin film lithium niobate electro-optic modulator ay mga directly etched waveguide electro-optic modulator, loaded hybridmga modulator ng waveguideat mga hybrid silicon integrated waveguide electro-optic modulator.

Sa kasalukuyan, ang pagpapabuti ng proseso ng dry etching ay lubos na nakakabawas sa pagkawala ng thin film lithium niobate waveguide, ang ridge loading method ay nakakalutas sa problema ng mataas na kahirapan sa proseso ng etching, at natanto na ang lithium niobate electro-optic modulator na may boltahe na mas mababa sa 1 V half wave, at ang kumbinasyon sa mature na teknolohiya ng SOI ay sumusunod sa trend ng photon at electron hybrid integration. Ang thin film lithium niobate technology ay may mga bentahe sa pagkamit ng mababang loss, maliit na sukat at malaking bandwidth na integrated electro-optic modulator sa chip. Sa teorya, hinuhulaan na ang 3mm thin film lithium niobate push-pullMga modulator ng M⁃ZAng 3dB electro-optical bandwidth ay maaaring umabot ng hanggang 400 GHz, at ang bandwidth ng eksperimental na inihandang thin film lithium niobate modulator ay naiulat na mahigit lamang sa 100 GHz, na malayo pa rin sa teoretikal na itaas na limitasyon. Limitado ang pagpapabuting dulot ng pag-optimize ng mga pangunahing parameter ng istruktura. Sa hinaharap, mula sa perspektibo ng paggalugad ng mga bagong mekanismo at istruktura, tulad ng pagdidisenyo ng karaniwang coplanar waveguide electrode bilang isang segmented microwave electrode, maaaring higit pang mapabuti ang pagganap ng modulator.

Bukod pa rito, ang pagsasakatuparan ng integrated modulator chip packaging at on-chip heterogeneous integration sa mga laser, detector, at iba pang device ay parehong isang pagkakataon at isang hamon para sa hinaharap na pag-unlad ng thin film lithium niobate modulators. Ang thin film lithium niobate electro-optic modulator ay gaganap ng mas mahalagang papel sa microwave photon, optical communication, at iba pang larangan.