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

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

Bộ điều biến điện quang là thiết bị cốt lõi của hệ thống truyền thông quang học và hệ thống quang tử vi sóng. Nó điều chỉnh ánh sáng 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. Vật liệu truyền thống là lithium niobate.bộ điều biến điện quangNó sử dụng vật liệu niobat lithi khối làm vật liệu điện quang. Vật liệu niobat lithi 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. Sự khác biệt về chiết suất giữa lớp lõi và lớp phủ rất nhỏ, và ống dẫn sóng có khả năng liên kết với trường ánh sáng kém. Tổng chiều dài của bộ điều biến điện quang đóng gói thường là 5~10 cm.

Công nghệ Lithium Niobate trên chất cách điện (LNOI) cung cấp một phương pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề kích thước lớn của bộ điều biến điện quang lithium niobate. Sự khác biệt về chiết suất giữa lớp lõi dẫn sóng và lớp phủ lên đến 0,7, giúp tăng cường đáng kể khả năng liên kết chế độ quang học và hiệu quả điều chỉnh điện quang của ống dẫn sóng, và đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực bộ điều biến điện quang.

Nhờ sự tiến bộ của công nghệ vi gia công, việc phát triển các bộ điều biến điện quang 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 điện quang niobat lithi màng mỏng điển hình là các bộ điều biến điện quang ống dẫn sóng được khắc trực tiếp, hoặc các bộ điều biến lai ghép.bộ điều biến dẫn sóngvà bộ điều biến điện quang dẫn sóng tích hợp silicon lai.

Hiện nay, việc cải tiến quy trình khắc khô đã giảm đáng kể tổn thất của ống dẫn sóng niobat lithi màng mỏng, phương pháp tải rãnh giải quyết được vấn đề khó khăn của quy trình khắc cao, và đã hiện thực hóa bộ điều biến điện quang niobat lithi với điện áp bán sóng nhỏ hơn 1V, và sự kết hợp với công nghệ SOI đã phát triển đáp ứng xu hướng tích hợp lai photon và electron. Công nghệ niobat lithi màng mỏng có ưu điểm trong việc hiện thực hóa bộ điều biến điện quang tích hợp trên chip với tổn thất thấp, kích thước nhỏ và băng thông rộng. Về mặt lý thuyết, người ta dự đoán rằng ống dẫn sóng đẩy kéo niobat lithi màng mỏng 3mm có thể đạt được điều này.Bộ điều biến M⁃ZBăng thông điện quang 3dB có thể đạt tới 400 GHz, và băng thông của bộ điều biến niobat lithi màng mỏng được chế tạo trong thực nghiệm được báo cáo là chỉ hơn 100 GHz, vẫn còn xa so với giới hạn trên lý thuyết. Sự cải thiện đạt được nhờ tối ưu hóa các thông số cấu trúc cơ bản là có hạn. Trong tương lai, từ góc độ khám phá các cơ chế và cấu trúc mới, chẳng hạn như thiết kế điện cực 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 dị thể trên chip với laser, bộ dò và các thiết bị khác vừa là cơ hội vừa là thách thức cho sự phát triển trong tương lai của các bộ điều biến niobat lithi màng mỏng. Bộ điều biến điện quang niobat lithi màng mỏng sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong photon vi sóng, truyền thông quang học và các lĩnh vực khác.