Progressi della ricercamodulatore elettro-ottico a film sottile di niobato di litio
Il modulatore elettro-ottico è il dispositivo centrale dei sistemi di comunicazione ottica e dei sistemi fotonici a microonde. Regola la luce che si propaga nello spazio libero o in una guida d'onda ottica modificando l'indice di rifrazione del materiale causato dal campo elettrico applicato. Il tradizionale niobato di litiomodulatore elettro-otticoUtilizza materiale di niobato di litio sfuso come materiale elettro-ottico. Il materiale di niobato di litio monocristallino viene drogato localmente per formare una guida d'onda tramite diffusione di titanio o processo di scambio protonico. La differenza di indice di rifrazione tra lo strato centrale e lo strato 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 incapsulato è solitamente di 5-10 cm.
La tecnologia al niobato di litio su isolante (LNOI) offre una soluzione efficace al problema delle grandi dimensioni dei modulatori elettro-ottici al niobato di litio. La differenza dell'indice di rifrazione tra lo strato centrale della guida d'onda e lo strato di rivestimento raggiunge 0,7, migliorando notevolmente la capacità di accoppiamento dei modi ottici e l'effetto di regolazione elettro-ottica della guida d'onda, e diventando un argomento di ricerca di grande interesse nel campo dei modulatori elettro-ottici.
Grazie ai progressi della tecnologia di micromachining, 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 a film sottile di niobato di litio sono modulatori elettro-ottici a guida d'onda incisi direttamente, ibridi caricatimodulatori a guida d'ondae modulatori elettro-ottici a guida d'onda ibrida integrata in silicio.
Attualmente, il miglioramento del processo di incisione a secco riduce notevolmente la perdita della 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 realizzato il modulatore elettro-ottico in niobato di litio con una tensione di semionda inferiore a 1 V e la combinazione con la matura tecnologia SOI è conforme alla tendenza dell'integrazione ibrida fotone-elettrone. La tecnologia del niobato di litio a film sottile ha vantaggi nella realizzazione di un modulatore elettro-ottico integrato su chip a bassa perdita, di piccole dimensioni e ad ampia larghezza di banda. Teoricamente, si prevede che il push-pull in niobato di litio a film sottile da 3 mmModulatore M⁃ZLa larghezza di banda elettro-ottica a 3 dB può raggiungere i 400 GHz, mentre la larghezza di banda del modulatore a film sottile di niobato di litio preparato sperimentalmente è risultata essere di poco superiore ai 100 GHz, ancora lontana 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 ad esempio la progettazione dell'elettrodo standard della guida d'onda coplanare come elettrodo a microonde segmentato, le prestazioni del modulatore potrebbero essere ulteriormente migliorate.
Inoltre, la realizzazione di un packaging integrato per i chip modulatori e l'integrazione eterogenea on-chip con laser, rivelatori e altri dispositivi rappresenta sia un'opportunità che una sfida per lo sviluppo futuro dei modulatori a film sottile di niobato di litio. I modulatori elettro-ottici a film sottile di niobato di litio svolgeranno un ruolo sempre più importante nei settori delle microonde, delle comunicazioni ottiche e in altri campi.
Data di pubblicazione: 7 aprile 2025