Sissejuhatus õhukese kilega liitiumniobaat-elektrooptilise modulaatori struktuuri ja jõudlusse

Sissejuhatus struktuuri ja toimimisseÕhukese kilega liitiumniobaat-elektrooptiline modulaator
An elektrooptiline modulaatorõhukese kilega liitiumniobaadi erinevate struktuuride, lainepikkuste ja platvormide põhjal ning erinevat tüüpi materjalide põhjaliku toimivuse võrdluse põhjalEOM modulaatorid, samuti uuringute ja rakendamise analüüsõhukese kilega liitiumniobaatmodulaatoridteistes valdkondades.

1. Mitteresonantse õõnsusega õhukese kilega liitiumniobaatmodulaator
Seda tüüpi modulaator põhineb liitiumniobaatkristalli suurepärasel elektrooptilisel efektil ja on võtmeseade kiire ja pikamaa optilise side saavutamiseks. Sellel on kolm peamist struktuuri:
1.1 Rändlaineelektroodiga MZI modulaator: See on kõige tüüpilisem disain. Harvardi ülikooli Lon čar uurimisrühm saavutas esimese suure jõudlusega versiooni 2018. aastal, millele järgnesid täiustused, sealhulgas kvartsist aluspindadel põhinev mahtuvuslik laadimine (suur ribalaius, kuid ränipõhistega ühildumatu) ja ränipõhiselt ühilduv aluspinna õõnestamisel, saavutades suure ribalaiuse (>67 GHz) ja kiire signaaliülekande (näiteks 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Kokkupandav MZI modulaator: Seadme suuruse lühendamiseks ja kompaktsete moodulite (nt QSFP-DD) kohandamiseks kasutatakse polarisatsioonitöötlust, ristlainejuhti või ümberpööratud mikrostruktuuriga elektroode, et vähendada seadme pikkust poole võrra ja saavutada ribalaius 60 GHz.
1.3 Ühe-/kahekordse polarisatsiooniga koherentne ortogonaalne (IQ) modulaator: kasutab edastuskiiruse suurendamiseks kõrget järku modulatsioonivormingut. Sun Yat Seni ülikooli Cai uurimisrühm saavutas esimese kiibil oleva ühepolarisatsiooniga IQ modulaatori 2020. aastal. Tulevikus väljatöötataval kahekordse polarisatsiooniga IQ modulaatoril on parem jõudlus ning kvartsaluspinnal põhinev versioon on püstitanud ühe lainepikkusega edastuskiiruse rekordi 1,96 Tbit/s.

2. Resonantse õõnsusega õhukese kilega liitiumniobaatmodulaator
Üliväikeste ja suurte ribalaiustega modulaatorite saamiseks on saadaval mitmesugused resonantsed õõnsusstruktuurid:
2.1 Fotoonkristall (PC) ja mikrorõngasmodulaator: Lini uurimisrühm Rochesteri ülikoolis on välja töötanud esimese suure jõudlusega fotoonkristallmodulaatori. Lisaks on välja pakutud ka räni-liitiumniobaadi heterogeensel integratsioonil ja homogeensel integratsioonil põhinevaid mikrorõngasmodulaatoreid, mille ribalaiused ulatuvad mitme GHz-ni.
2.2 Braggi võre resonantsüvendi modulaator: hõlmab Fabry-Peroti (FP) õõnsust, lainejuht-Braggi võret (WBG) ja aeglase valguse (SL) modulaatorit. Need struktuurid on loodud tasakaalustama suurust, protsessi tolerantse ja jõudlust, näiteks 2 × 2 FP resonantsüvendi modulaator saavutab ülisuure ribalaiuse, mis ületab 110 GHz. Sidestatud Braggi võrel põhinev aeglase valguse modulaator laiendab tööribalaiuse vahemikku.

3. Heterogeenne integreeritud õhukese kilega liitiumniobaatmodulaator
CMOS-tehnoloogia ühilduvuse ühendamiseks ränipõhistel platvormidel liitiumniobaadi suurepärase modulatsioonivõimega on kolm peamist integreerimismeetodit:
3.1 Heterogeenne integratsioon sidemega: bensotsüklobuteeni (BCB) või ränidioksiidiga otse sidudes kantakse õhukese kilega liitiumniobaat räni- või räninitriidiplatvormile, saavutades vahvli tasemel ja kõrgel temperatuuril stabiilse integratsiooni. Modulaatoril on suur ribalaius (>70 GHz, isegi üle 110 GHz) ja kiire signaaliedastusvõime.
3.2 Lainejuhi materjali sadestamine heterogeense integratsiooniga: räni või räninitriidi sadestamine õhukesele liitiumniobaadi kilele koormuslainejuhina saavutab samuti efektiivse elektrooptilise modulatsiooni.
3.3 Mikroülekande trükkimine (μTP) heterogeenne integratsioon: see on tehnoloogia, mida eeldatavasti kasutatakse suurtootmises, kus eelvalmistatud funktsionaalsed seadmed kantakse sihtkiipidele ülitäpsete seadmete abil, vältides keerukat järeltöötlust. Seda on edukalt rakendatud räninitriidil ja ränipõhistel platvormidel, saavutades kümnete GHz ribalaiused.

Kokkuvõttes visandab see artikkel süstemaatiliselt õhukese kilega liitiumniobaatplatvormidel põhinevate elektrooptiliste modulaatorite tehnoloogilise tegevuskava, alates suure jõudlusega ja suure ribalaiusega mitteresonantsete õõnsusstruktuuride loomisest kuni miniatuursete resonantsete õõnsusstruktuuride uurimiseni ja integreerimiseni küpsete ränipõhiste footonplatvormidega. See demonstreerib õhukese kilega liitiumniobaatmodulaatorite tohutut potentsiaali ja pidevat arengut traditsiooniliste modulaatorite jõudlusprobleemide ületamisel ja kiire optilise side saavutamisel.