Ievads struktūrā un veiktspējāPlānas plēves litija niobāta elektrooptiskais modulators
An elektrooptiskais modulatorspamatojoties uz dažādām litija niobāta plānkārtiņas struktūrām, viļņu garumiem un platformām, kā arī uz dažādu veidu visaptverošu veiktspējas salīdzinājumuEOM modulatori, kā arī pētījumu un pielietojuma analīziplānas plēves litija niobāta modulatoricitās jomās.
1. Nerezonējošas dobuma plānās plēves litija niobāta modulators
Šāda veida modulators ir balstīts uz litija niobāta kristāla izcilo elektrooptisko efektu un ir galvenā ierīce ātrdarbīgas un tālsatiksmes optiskās komunikācijas nodrošināšanai. Ir trīs galvenās struktūras:
1.1. Skrejošā viļņa elektroda MZI modulators: Šis ir vistipiskākais dizains. Lon č ar pētniecības grupa Hārvardas Universitātē pirmo reizi izveidoja augstas veiktspējas versiju 2018. gadā, ar turpmākiem uzlabojumiem, tostarp kapacitatīvo slodzi, kuras pamatā ir kvarca substrāti (augsta joslas platums, bet nesaderīgs ar silīcija bāzes substrātiem), un saderīgu ar silīciju, kuras pamatā ir substrāta dobuma veidošana, panākot augstu joslas platumu (>67 GHz) un ātrgaitas signāla (piemēram, 112 Gbit/s PAM4) pārraidi.
1.2. Salokāms MZI modulators: Lai saīsinātu ierīces izmēru un pielāgotos kompaktiem moduļiem, piemēram, QSFP-DD, tiek izmantota polarizācijas apstrāde, šķērsviļņvada vai apgriezti mikrostruktūras elektrodi, lai samazinātu ierīces garumu uz pusi un sasniegtu 60 GHz joslas platumu.
1.3. Vienas/divkāršas polarizācijas koherentais ortogonālais (IQ) modulators: izmanto augstas kārtas modulācijas formātu, lai uzlabotu pārraides ātrumu. Cai pētniecības grupa Sun Yat Sen universitātē 2020. gadā izveidoja pirmo mikroshēmā iebūvēto vienas polarizācijas IQ modulatoru. Nākotnē izstrādātajam divkāršās polarizācijas IQ modulatoram ir labāka veiktspēja, un versija, kuras pamatā ir kvarca substrāts, ir uzstādījusi viena viļņa garuma pārraides ātruma rekordu — 1,96 Tbit/s.
2. Rezonanses dobuma tipa plānslāņa litija niobāta modulators
Lai iegūtu īpaši mazus un lielus joslas platuma modulatorus, ir pieejamas dažādas rezonanses dobuma struktūras:
2.1 Fotoniskais kristāls (PC) un mikrogredzena modulators: Lina pētniecības grupa Ročesteras Universitātē ir izstrādājusi pirmo augstas veiktspējas fotoniskā kristāla modulatoru. Turklāt ir ierosināti arī mikrogredzena modulatori, kuru pamatā ir silīcija litija niobāta heterogēna integrācija un homogēna integrācija, sasniedzot vairāku GHz joslas platumu.
2.2. Brega režģa rezonanses dobuma modulators: ietver Fabrī-Pero (FP) dobumu, viļņvada Brega režģi (WBG) un lēnās gaismas (SL) modulatoru. Šīs struktūras ir izstrādātas, lai līdzsvarotu izmēru, procesa pielaides un veiktspēju, piemēram, 2 × 2 FP rezonanses dobuma modulators sasniedz īpaši lielu joslas platumu, kas pārsniedz 110 GHz. Lēnās gaismas modulators, kas balstīts uz savienoto Brega režģi, paplašina darba joslas platuma diapazonu.
3. Heterogēns integrēts plānslāņa litija niobāta modulators
Ir trīs galvenās integrācijas metodes, lai apvienotu CMOS tehnoloģijas saderību ar silīcija platformām un litija niobāta izcilo modulācijas veiktspēju:
3.1 Saites tipa heterogēna integrācija: tieši saistot ar benzociklobutēnu (BCB) vai silīcija dioksīdu, plānā litija niobāta kārtiņa tiek pārnesta uz silīcija vai silīcija nitrīda platformu, sasniedzot vafeļu līmeņa, augstas temperatūras stabilu integrāciju. Modulatoram ir liels joslas platums (>70 GHz, pat pārsniedz 110 GHz) un ātrgaitas signāla pārraides spēja.
3.2 Viļņvada materiāla nogulsnēšana heterogēnā integrācijā: silīcija vai silīcija nitrīda nogulsnēšana uz plānas litija niobāta kārtiņas kā slodzes viļņvada arī panāk efektīvu elektrooptisko modulāciju.
3.3. Mikropārneses drukas (μTP) heterogēna integrācija: šī ir tehnoloģija, ko paredzēts izmantot liela mēroga ražošanā, pārnesot iepriekš izgatavotas funkcionālas ierīces uz mērķa mikroshēmām, izmantojot augstas precizitātes iekārtas, izvairoties no sarežģītas pēcapstrādes. Tā ir veiksmīgi pielietota silīcija nitrīda un silīcija bāzes platformās, sasniedzot desmitiem GHz joslas platumu.
Rezumējot, šajā rakstā sistemātiski ieskicēts uz plānslāņa litija niobāta platformām balstītu elektrooptisko modulatoru tehnoloģiskais ceļvedis, sākot no augstas veiktspējas un liela joslas platuma nerezonējošu dobumu struktūru izveides, miniaturizētu rezonanses dobumu struktūru izpētes un integrācijas ar nobriedušām silīcija bāzes fotoniskām platformām. Tas demonstrē plānslāņa litija niobāta modulatoru milzīgo potenciālu un nepārtraukto progresu tradicionālo modulatoru veiktspējas ierobežojumu pārvarēšanā un ātrdarbīgas optiskās komunikācijas sasniegšanā.
Publicēšanas laiks: 2026. gada 31. marts