Tiến độ nghiên cứu bộ điều biến điện quang màng mỏng lithium niobate

Tiến độ nghiên cứu củabộ điều biến điện quang màng mỏng lithium niobate

Bộ điều biến quang điện là thiết bị cốt lõi của hệ thống truyền thông quang học và hệ thống quang tử vi sóng. Nó điều chỉnh ánh sáng lan truyền trong không gian tự do hoặc ống dẫn sóng quang bằng cách thay đổi chiết suất của vật liệu do điện trường tác dụng. Niobate lithium truyền thốngbộ điều biến điện quangSử dụng vật liệu lithium niobat khối làm vật liệu quang điện. Vật liệu lithium niobat đơn tinh thể được pha tạp cục bộ để tạo thành ống dẫn sóng thông qua quá trình khuếch tán titan hoặc trao đổi proton. Chênh lệch chiết suất giữa lớp lõi và lớp vỏ rất nhỏ, và ống dẫn sóng có khả năng liên kết với trường ánh sáng kém. Tổng chiều dài của bộ điều biến quang điện đóng gói thường là 5-10 cm.

Công nghệ Lithium Niobate trên chất cách điện (LNOI) cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề kích thước lớn của bộ điều biến điện quang Lithium Niobate. Chênh lệch chiết suất giữa lớp lõi ống dẫn sóng và lớp vỏ lên đến 0,7, giúp tăng cường đáng kể khả năng liên kết mode quang và hiệu ứng điều chỉnh quang điện của ống dẫn sóng, đồng thời trở thành điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực điều biến điện quang.

Nhờ sự tiến bộ của công nghệ vi gia công, sự phát triển của các bộ điều biến quang điện tử dựa trên nền tảng LNOI đã có những bước tiến nhanh chóng, cho thấy xu hướng kích thước nhỏ gọn hơn và hiệu suất liên tục được cải thiện. Theo cấu trúc ống dẫn sóng được sử dụng, các bộ điều biến quang điện tử màng mỏng lithium niobate điển hình là bộ điều biến quang điện tử ống dẫn sóng khắc trực tiếp, bộ điều biến quang điện tử lai tải.bộ điều biến ống dẫn sóngvà bộ điều biến quang điện tử tích hợp ống dẫn sóng silicon lai.

Hiện nay, việc cải tiến quy trình khắc khô đã làm giảm đáng kể tổn thất của ống dẫn sóng lithium niobate màng mỏng, phương pháp tải vân đã giải quyết được vấn đề khó khăn trong quá trình khắc, đồng thời hiện thực hóa bộ điều biến điện quang lithium niobate với điện áp nửa sóng dưới 1V, và sự kết hợp với công nghệ SOI tiên tiến, phù hợp với xu hướng tích hợp lai photon và electron. Công nghệ lithium niobate màng mỏng có ưu điểm là hiện thực hóa bộ điều biến điện quang tích hợp trên chip với tổn thất thấp, kích thước nhỏ và băng thông lớn. Về mặt lý thuyết, dự đoán rằng bộ điều biến điện quang lithium niobate màng mỏng 3mm sẽ có cơ chế đẩy-kéo.Bộ điều biến M⁃ZBăng thông điện quang 3dB có thể đạt tới 400 GHz, và băng thông của bộ điều biến lithium niobate màng mỏng được chế tạo thử nghiệm được báo cáo chỉ hơn 100 GHz một chút, vẫn còn xa giới hạn trên lý thuyết. Sự cải thiện mang lại nhờ tối ưu hóa các thông số cấu trúc cơ bản còn hạn chế. Trong tương lai, từ góc độ khám phá các cơ chế và cấu trúc mới, chẳng hạn như thiết kế điện cực ống dẫn sóng đồng phẳng tiêu chuẩn thành điện cực vi sóng phân đoạn, hiệu suất của bộ điều biến có thể được cải thiện hơn nữa.

Ngoài ra, việc hiện thực hóa việc đóng gói chip điều biến tích hợp và tích hợp không đồng nhất trên chip với laser, máy dò và các thiết bị khác vừa là cơ hội vừa là thách thức cho sự phát triển tương lai của bộ điều biến lithium niobate màng mỏng. Bộ điều biến điện quang lithium niobate màng mỏng sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong lĩnh vực photon vi sóng, truyền thông quang học và các lĩnh vực khác.