Progressi della ricerca dimodulatore elettro-ottico in niobato di litio a film sottile
Il modulatore elettro-ottico è il dispositivo centrale dei sistemi di comunicazione ottica e dei sistemi fotonici a microonde. Regola la propagazione della luce nello spazio libero o nella guida d'onda ottica modificando l'indice di rifrazione del materiale causato dal campo elettrico applicato. Il tradizionale niobato di litiomodulatore elettro-otticoUtilizza niobato di litio in massa come materiale elettro-ottico. Il niobato di litio monocristallino viene drogato localmente per formare una guida d'onda attraverso un processo di diffusione del titanio o di scambio protonico. La differenza di indice di rifrazione tra lo strato centrale e quello di rivestimento è molto piccola e la guida d'onda ha una scarsa capacità di legame con il campo luminoso. La lunghezza totale del modulatore elettro-ottico confezionato è solitamente di 5~10 cm.
La tecnologia LNOI (Lithium Niobate on Insulator) offre una soluzione efficace per risolvere il problema delle grandi dimensioni dei modulatori elettro-ottici in niobato di litio. La differenza di indice di rifrazione tra lo strato centrale della guida d'onda e lo strato di rivestimento può arrivare fino a 0,7, il che migliora notevolmente la capacità di legame dei modi ottici e l'effetto di regolazione elettro-ottica della guida d'onda, diventando un punto di riferimento per la ricerca nel campo dei modulatori elettro-ottici.
Grazie al progresso della tecnologia di microlavorazione, lo sviluppo di modulatori elettro-ottici basati sulla piattaforma LNOI ha compiuto rapidi progressi, mostrando una tendenza verso dimensioni più compatte e un continuo miglioramento delle prestazioni. In base alla struttura della guida d'onda utilizzata, i tipici modulatori elettro-ottici in niobato di litio a film sottile sono modulatori elettro-ottici a guida d'onda incisi direttamente, ibridi caricati.modulatori a guida d'ondae modulatori elettro-ottici ibridi a guida d'onda integrata in silicio.
Attualmente, il miglioramento del processo di incisione a secco riduce notevolmente la perdita di guida d'onda in niobato di litio a film sottile, il metodo di caricamento a cresta risolve il problema dell'elevata difficoltà del processo di incisione e ha permesso di realizzare un modulatore elettro-ottico in niobato di litio con una tensione inferiore a 1 V a semionda, e la combinazione con la tecnologia SOI matura è in linea con la tendenza all'integrazione ibrida di fotoni ed elettroni. La tecnologia del niobato di litio a film sottile offre vantaggi nella realizzazione di un modulatore elettro-ottico integrato su chip a bassa perdita, dimensioni ridotte e ampia larghezza di banda. Teoricamente, si prevede che il niobato di litio a film sottile da 3 mm push-pullModulatore M⁃ZLa larghezza di banda elettro-ottica di 3 dB può raggiungere i 400 GHz, mentre la larghezza di banda del modulatore a film sottile di niobato di litio preparato sperimentalmente è stata riportata essere di poco superiore ai 100 GHz, un valore ancora lontano dal limite superiore teorico. Il miglioramento apportato dall'ottimizzazione dei parametri strutturali di base è limitato. In futuro, nell'ottica di esplorare nuovi meccanismi e strutture, come la progettazione dell'elettrodo a guida d'onda coplanare standard come elettrodo a microonde segmentato, le prestazioni del modulatore potrebbero essere ulteriormente migliorate.
Inoltre, la realizzazione di un packaging integrato per modulatori e l'integrazione eterogenea on-chip con laser, rivelatori e altri dispositivi rappresentano sia un'opportunità che una sfida per lo sviluppo futuro di modulatori in niobato di litio a film sottile. I modulatori elettro-ottici in niobato di litio a film sottile svolgeranno un ruolo sempre più importante nei campi dei fotoni a microonde, delle comunicazioni ottiche e in altri campi.
Data di pubblicazione: 07-04-2025