پیشرفت تحقیقاتی مدولاتور الکترواپتیکی لایه نازک لیتیوم نیوبات

پیشرفت تحقیقاتمدولاتور الکترواپتیکی لایه نازک لیتیوم نیوبات

مدولاتور الکترواپتیکی، دستگاه اصلی سیستم ارتباط نوری و سیستم فوتونیک مایکروویو است. این مدولاتور با تغییر ضریب شکست ماده ناشی از میدان الکتریکی اعمال شده، نور منتشر شده در فضای آزاد یا موجبر نوری را تنظیم می‌کند. نیوبات لیتیوم سنتیمدولاتور الکترواپتیکیاز ماده فله‌ای لیتیوم نیوبات به عنوان ماده الکترواپتیکی استفاده می‌کند. ماده تک کریستال لیتیوم نیوبات به صورت موضعی آلاییده می‌شود تا از طریق فرآیند انتشار تیتانیوم یا تبادل پروتون، موجبر تشکیل دهد. اختلاف ضریب شکست بین لایه هسته و لایه روکش بسیار کم است و موجبر توانایی اتصال ضعیفی به میدان نور دارد. طول کل مدولاتور الکترواپتیکی بسته‌بندی شده معمولاً 5 تا 10 سانتی‌متر است.

فناوری لیتیوم نیوبات روی عایق (LNOI) روشی مؤثر برای حل مشکل اندازه بزرگ مدولاتور الکترواپتیکی لیتیوم نیوبات ارائه می‌دهد. اختلاف ضریب شکست بین لایه هسته موجبر و لایه روکش تا 0.7 است که توانایی اتصال مد نوری و اثر تنظیم الکترواپتیکی موجبر را تا حد زیادی افزایش می‌دهد و به یک کانون تحقیقاتی در زمینه مدولاتور الکترواپتیکی تبدیل شده است.

با توجه به پیشرفت فناوری میکروماشین‌کاری، توسعه مدولاتورهای الکترواپتیکی مبتنی بر پلتفرم LNOI پیشرفت سریعی داشته است و روندی از اندازه جمع‌وجورتر و بهبود مستمر عملکرد را نشان می‌دهد. با توجه به ساختار موجبر مورد استفاده، مدولاتورهای الکترواپتیکی لایه نازک معمولی لیتیوم نیوبات، مدولاتورهای الکترواپتیکی موجبر با حکاکی مستقیم هستند که به صورت هیبریدی بارگذاری می‌شوند.مدولاتورهای موجبرو مدولاتورهای الکترواپتیکی موجبر سیلیکونی مجتمع هیبریدی.

در حال حاضر، بهبود فرآیند اچینگ خشک، تلفات موجبر لایه نازک لیتیوم نیوبات را تا حد زیادی کاهش می‌دهد، روش بارگذاری لبه‌ای مشکل سختی بالای فرآیند اچینگ را حل می‌کند و مدولاتور الکترواپتیکی لیتیوم نیوبات را با ولتاژ نیم موج کمتر از 1 ولت محقق کرده است و ترکیب آن با فناوری SOI بالغ با روند ادغام هیبرید فوتون و الکترون مطابقت دارد. فناوری لیتیوم نیوبات لایه نازک در تحقق مدولاتور الکترواپتیکی یکپارچه روی تراشه با تلفات کم، اندازه کوچک و پهنای باند زیاد، مزایایی دارد. از لحاظ تئوری، پیش‌بینی می‌شود که مدولاتور پوش-پول لیتیوم نیوبات لایه نازک 3 میلی‌متریمدولاتور M⁃Zپهنای باند الکترواپتیکی 3dB می‌تواند تا 400 گیگاهرتز برسد و پهنای باند مدولاتور لایه نازک لیتیوم نیوبات که به صورت تجربی تهیه شده است، کمی بیش از 100 گیگاهرتز گزارش شده است که هنوز از حد بالای نظری فاصله دارد. بهبود حاصل از بهینه‌سازی پارامترهای ساختاری اساسی محدود است. در آینده، از منظر بررسی مکانیسم‌ها و ساختارهای جدید، مانند طراحی الکترود موجبر همسطح استاندارد به عنوان یک الکترود مایکروویو قطعه‌ای، عملکرد مدولاتور ممکن است بیشتر بهبود یابد.

علاوه بر این، تحقق بسته‌بندی تراشه مدولاتور یکپارچه و ادغام ناهمگن روی تراشه با لیزرها، آشکارسازها و سایر دستگاه‌ها، هم یک فرصت و هم یک چالش برای توسعه آینده مدولاتورهای لایه نازک لیتیوم نیوبات است. مدولاتور الکترواپتیکی لایه نازک لیتیوم نیوبات نقش مهم‌تری در فوتون مایکروویو، ارتباطات نوری و سایر زمینه‌ها ایفا خواهد کرد.