progrès de la recherchemodulateur électro-optique en niobate de lithium à couche mince
Le modulateur électro-optique est un composant essentiel des systèmes de communication optique et des systèmes photoniques 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 appliqué. Le niobate de lithium traditionnel est utilisé dans ce cas.modulateur électro-optiqueCe dispositif utilise du niobate de lithium massif comme matériau électro-optique. Le niobate de lithium monocristallin est dopé localement pour former un guide d'ondes par diffusion de titane ou par échange de protons. La différence d'indice de réfraction entre la couche centrale et la couche de gaine étant très faible, le guide d'ondes présente une faible capacité de liaison au champ lumineux. La longueur totale du modulateur électro-optique encapsulé est généralement de 5 à 10 cm.
La technologie LNOI (Lithium Niobate on Insulator) offre une solution efficace au problème de la taille importante des modulateurs électro-optiques en niobate de lithium. La différence d'indice de réfraction entre le cœur et la gaine du guide d'ondes atteint 0,7, ce qui améliore considérablement la capacité de liaison des modes optiques et l'effet de régulation électro-optique du guide d'ondes. Cette technologie est ainsi devenue un axe de recherche majeur dans le domaine des modulateurs électro-optiques.
Grâce aux progrès des technologies de micro-usinage, le développement des modulateurs électro-optiques basés sur la plateforme LNOI a connu une progression rapide, avec une miniaturisation accrue et une amélioration continue de leurs performances. Selon la structure du guide d'ondes utilisé, les modulateurs électro-optiques typiques en niobate de lithium à couche mince sont soit des modulateurs à guide d'ondes gravés directement, soit des modulateurs 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 en couche mince. La méthode de chargement par crête résout le problème de la difficulté du procédé de gravure et a permis de réaliser un modulateur électro-optique en niobate de lithium avec une tension de demi-onde inférieure à 1 V. Son association avec la technologie SOI mature s'inscrit dans la tendance à l'intégration hybride photonique et électronique. La technologie du niobate de lithium en couche mince présente des avantages pour la réalisation de modulateurs électro-optiques intégrés sur puce à faibles pertes, de petite taille et à large bande passante. Théoriquement, on prévoit que le guide d'ondes push-pull en niobate de lithium en couche mince de 3 mm…modulateur M⁃ZLa bande passante électro-optique à 3 dB peut atteindre 400 GHz, et celle du modulateur en couche mince de niobate de lithium, préparé expérimentalement, dépasse légèrement les 100 GHz, restant toutefois bien en deçà de la limite supérieure théorique. L'amélioration apportée par l'optimisation des paramètres structurels de base demeure limitée. À l'avenir, l'exploration de nouveaux mécanismes et structures, comme la conception d'une électrode de guide d'ondes coplanaire standard sous forme d'électrode micro-ondes segmentée, pourrait permettre d'améliorer encore les performances du modulateur.
De plus, la réalisation d'un boîtier intégré pour le modulateur et son intégration hétérogène sur puce avec des lasers, des détecteurs et d'autres dispositifs représentent à la fois une opportunité et un défi pour le développement futur des modulateurs en couche mince de niobate de lithium. Le modulateur électro-optique en couche mince de niobate de lithium jouera un rôle de plus en plus important dans les domaines de la photonique micro-ondes, des communications optiques et autres.
Date de publication : 7 avril 2025