Progrès de la recherche surmodulateur électro-optique en niobate de lithium à couche mince
Le modulateur électro-optique est le composant central des systèmes de communication optique et photonique micro-ondes. Il régule la propagation de la lumière dans l'espace libre ou dans un guide d'ondes optique en modifiant l'indice de réfraction du matériau sous l'effet d'un champ électrique. Le niobate de lithium traditionnelmodulateur électro-optiqueLe niobate de lithium est utilisé comme matériau électro-optique. Ce matériau monocristallin est dopé localement pour former un guide d'ondes par diffusion de titane ou échange de protons. La différence d'indice de réfraction entre la couche centrale et la couche de gaine est très faible, et le guide d'ondes présente une faible capacité de liaison au champ lumineux. La longueur totale du modulateur électro-optique intégré est généralement de 5 à 10 cm.
La technologie Niobate de lithium sur isolant (LNOI) offre une solution efficace aux problèmes de taille importante des modulateurs électro-optiques en niobate de lithium. La différence d'indice de réfraction entre la couche centrale et la couche de gaine du guide d'ondes peut atteindre 0,7, ce qui améliore considérablement la capacité de liaison des modes optiques et l'effet de régulation électro-optique du guide d'ondes. C'est un pôle de recherche majeur dans le domaine des modulateurs électro-optiques.
Grâce aux progrès de la technologie de micro-usinage, le développement de modulateurs électro-optiques basés sur la plateforme LNOI a connu des progrès rapides, avec une tendance à la compacité et à l'amélioration continue des performances. Selon la structure du guide d'ondes utilisée, les modulateurs électro-optiques en niobate de lithium à couches minces classiques sont des modulateurs électro-optiques à guide d'ondes gravé directement, hybrides chargés.modulateurs de guide d'ondeset des modulateurs électro-optiques à guide d'ondes intégré en silicium hybride.
Actuellement, l'amélioration du procédé de gravure sèche réduit considérablement les pertes des guides d'ondes en niobate de lithium à couche mince. La méthode de chargement par crêtes résout la difficulté de gravure élevée et a permis de réaliser un modulateur électro-optique en niobate de lithium avec une tension de demi-onde inférieure à 1 V. L'association avec la technologie SOI mature répond à la tendance de l'intégration hybride photonique-électronique. La technologie du niobate de lithium à couche mince présente l'avantage de réaliser un modulateur électro-optique intégré sur puce à faible perte, compact et à large bande passante. Théoriquement, on prévoit un système push-pull de 3 mm en niobate de lithium à couche mince.Modulateurs M⁃ZLa bande passante électro-optique de 3 dB peut atteindre 400 GHz, et la bande passante du modulateur en niobate de lithium à couche mince préparé expérimentalement est légèrement supérieure à 100 GHz, ce qui est encore loin de la limite supérieure théorique. L'amélioration apportée par l'optimisation des paramètres structurels de base est limitée. À l'avenir, l'exploration de nouveaux mécanismes et structures, comme la conception de l'électrode guide d'ondes coplanaire standard comme électrode micro-ondes segmentée, pourrait encore améliorer les performances du modulateur.
De plus, la réalisation d'un encapsulage de puces de modulateur intégré et l'intégration hétérogène sur puce avec des lasers, des détecteurs et d'autres dispositifs constituent à la fois une opportunité et un défi pour le développement futur des modulateurs en niobate de lithium à couches minces. Les modulateurs électro-optiques en niobate de lithium à couches minces joueront un rôle plus important dans les photons micro-ondes, la communication optique et d'autres domaines.
Date de publication : 07/04/2025