Progreso de la investigación demodulador electroóptico de niobato de litio de película delgada
El modulador electroóptico es el dispositivo central de los sistemas de comunicación óptica y de fotónica de microondas. Regula la luz que se propaga en el espacio libre o en una guía de ondas óptica al cambiar el índice de refracción del material debido a un campo eléctrico aplicado. El niobato de litio tradicionalmodulador electroópticoUtiliza niobato de litio a granel como material electroóptico. El niobato de litio monocristalino se dopa localmente para formar una guía de ondas mediante difusión de titanio o intercambio de protones. La diferencia del índice de refracción entre la capa central y la capa de revestimiento es muy pequeña, y la guía de ondas presenta una baja capacidad de unión al campo de luz. La longitud total del modulador electroóptico encapsulado suele ser de 5 a 10 cm.
La tecnología de niobato de litio sobre aislante (LNOI) ofrece una solución eficaz al problema del gran tamaño de los moduladores electroópticos de niobato de litio. La diferencia del índice de refracción entre la capa central de la guía de ondas y la capa de revestimiento alcanza hasta 0,7, lo que mejora notablemente la capacidad de unión del modo óptico y el efecto de regulación electroóptica de la guía de ondas, convirtiéndose así en un tema de investigación clave en el campo de los moduladores electroópticos.
Gracias al avance de la tecnología de micromecanizado, el desarrollo de moduladores electroópticos basados en la plataforma LNOI ha progresado rápidamente, mostrando una tendencia hacia un tamaño más compacto y una mejora continua del rendimiento. Según la estructura de guía de onda utilizada, los moduladores electroópticos típicos de niobato de litio de película delgada son moduladores electroópticos de guía de onda grabados directamente, híbridos cargadosmoduladores de guía de ondasy moduladores electroópticos de guía de onda integrada de silicio híbrido.
En la actualidad, la mejora del proceso de grabado en seco reduce en gran medida la pérdida de la guía de onda de niobato de litio de película delgada, el método de carga de cresta resuelve el problema de la alta dificultad del proceso de grabado y ha logrado el modulador electroóptico de niobato de litio con un voltaje de menos de 1 V de media onda, y la combinación con la tecnología SOI madura cumple con la tendencia de la integración híbrida de fotones y electrones. La tecnología de niobato de litio de película delgada tiene ventajas en la realización de moduladores electroópticos integrados en chip de baja pérdida, tamaño pequeño y gran ancho de banda. Teóricamente, se predice que el niobato de litio de película delgada de 3 mm push-pullModulador M⁃ZEl ancho de banda electroóptico de 3 dB puede alcanzar hasta 400 GHz, y se ha informado que el ancho de banda del modulador de niobato de litio de película delgada preparado experimentalmente supera ligeramente los 100 GHz, lo que aún está lejos del límite superior teórico. La mejora que se logra optimizando los parámetros estructurales básicos es limitada. En el futuro, desde la perspectiva de explorar nuevos mecanismos y estructuras, como el diseño del electrodo de guía de onda coplanar estándar como un electrodo de microondas segmentado, el rendimiento del modulador podría mejorarse aún más.
Además, la consecución de un encapsulado integrado de chips moduladores y la integración heterogénea en el chip con láseres, detectores y otros dispositivos representa tanto una oportunidad como un reto para el futuro desarrollo de los moduladores de niobato de litio de película delgada. Los moduladores electroópticos de niobato de litio de película delgada desempeñarán un papel cada vez más importante en la fotónica de microondas, las comunicaciones ópticas y otros campos.
Fecha de publicación: 7 de abril de 2025