Εισαγωγή στη Δομή και την Απόδοση τουΗλεκτροοπτικός διαμορφωτής λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου
An ηλεκτροοπτικός διαμορφωτήςμε βάση διαφορετικές δομές, μήκη κύματος και πλατφόρμες νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης, και μια ολοκληρωμένη σύγκριση απόδοσης διαφόρων τύπωνΔιαμορφωτές EOM, καθώς και μια ανάλυση της έρευνας και της εφαρμογής τουδιαμορφωτές νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνηςσε άλλους τομείς.
1. Διαμορφωτής νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης μη συντονισμένης κοιλότητας
Αυτός ο τύπος διαμορφωτή βασίζεται στο εξαιρετικό ηλεκτροοπτικό αποτέλεσμα του κρυστάλλου νιοβικού λιθίου και αποτελεί βασική συσκευή για την επίτευξη οπτικής επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας και μεγάλων αποστάσεων. Υπάρχουν τρεις κύριες δομές:
1.1 Διαμορφωτής MZI με ηλεκτρόδιο οδεύοντος κύματος: Αυτός είναι ο πιο τυπικός σχεδιασμός. Η ερευνητική ομάδα Lončar στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ πέτυχε για πρώτη φορά μια έκδοση υψηλής απόδοσης το 2018, με επακόλουθες βελτιώσεις, όπως χωρητική φόρτιση βασισμένη σε υποστρώματα χαλαζία (υψηλό εύρος ζώνης αλλά ασύμβατα με υποστρώματα με βάση το πυρίτιο) και συμβατότητα με βάση το πυρίτιο βασισμένη στην κοίλωση του υποστρώματος, επιτυγχάνοντας μετάδοση υψηλού εύρους ζώνης (>67 GHz) και σήματος υψηλής ταχύτητας (όπως 112 Gbit/s PAM4).
1.2 Πτυσσόμενος διαμορφωτής MZI: Προκειμένου να μειωθεί το μέγεθος της συσκευής και να προσαρμοστεί σε συμπαγείς μονάδες όπως το QSFP-DD, χρησιμοποιούνται ηλεκτρόδια επεξεργασίας πόλωσης, διασταυρούμενοι κυματοδηγοί ή ανεστραμμένης μικροδομής για να μειωθεί το μήκος της συσκευής κατά το ήμισυ και να επιτευχθεί εύρος ζώνης 60 GHz.
1.3 Διαμορφωτής Συνεκτικού Ορθογώνιου (IQ) Μονής/Διπλής Πόλωσης: Χρησιμοποιεί μορφή διαμόρφωσης υψηλής τάξης για την ενίσχυση του ρυθμού μετάδοσης. Η ερευνητική ομάδα Cai στο Πανεπιστήμιο Sun Yat sen πέτυχε τον πρώτο διαμορφωτή IQ μονής πόλωσης ενσωματωμένου στο τσιπ το 2020. Ο διαμορφωτής IQ διπλής πόλωσης που αναπτύχθηκε στο μέλλον έχει καλύτερη απόδοση και η έκδοση που βασίζεται σε υπόστρωμα χαλαζία έχει σημειώσει ρεκόρ ρυθμού μετάδοσης μονού μήκους κύματος 1,96 Tbit/s.
2. Διαμορφωτής νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης τύπου συντονισμένης κοιλότητας
Για την επίτευξη εξαιρετικά μικρών και μεγάλων διαμορφωτών εύρους ζώνης, υπάρχουν διαθέσιμες διάφορες δομές συντονισμένης κοιλότητας:
2.1 Φωτονικός κρύσταλλος (PC) και διαμορφωτής μικροδακτυλίου: Η ερευνητική ομάδα του Lin στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ ανέπτυξε τον πρώτο διαμορφωτή φωτονικού κρυστάλλου υψηλής απόδοσης. Επιπλέον, έχουν προταθεί και διαμορφωτές μικροδακτυλίου που βασίζονται σε ετερογενή ολοκλήρωση και ομοιογενή ολοκλήρωση νιοβικού πυριτίου-λιθίου, επιτυγχάνοντας εύρος ζώνης αρκετών GHz.
2.2 Διαμορφωτής κοιλότητας συντονισμού με πλέγμα Bragg: συμπεριλαμβανομένης της κοιλότητας Fabry Perot (FP), του πλέγματος Bragg κυματοδηγού (WBG) και του διαμορφωτή αργού φωτός (SL). Αυτές οι δομές έχουν σχεδιαστεί για να εξισορροπούν το μέγεθος, τις ανοχές της διεργασίας και την απόδοση, για παράδειγμα, ένας διαμορφωτής κοιλότητας συντονισμού 2 × 2 FP επιτυγχάνει εξαιρετικά μεγάλο εύρος ζώνης που υπερβαίνει τα 110 GHz. Ο διαμορφωτής αργού φωτός που βασίζεται σε συζευγμένο πλέγμα Bragg επεκτείνει το εύρος ζώνης εργασίας.
3. Ετερογενής ενσωματωμένος διαμορφωτής νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης
Υπάρχουν τρεις κύριες μέθοδοι ενσωμάτωσης για να συνδυαστεί η συμβατότητα της τεχνολογίας CMOS σε πλατφόρμες που βασίζονται στο πυρίτιο με την εξαιρετική απόδοση διαμόρφωσης του νιοβικού λιθίου:
3.1 Ετερογενής ενσωμάτωση τύπου δεσμού: Με άμεση σύνδεση με βενζοκυκλοβουτένιο (BCB) ή διοξείδιο του πυριτίου, το νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης μεταφέρεται σε πλατφόρμα πυριτίου ή νιτριδίου του πυριτίου, επιτυγχάνοντας ενσωμάτωση σταθερή σε επίπεδο πλακιδίων και υψηλή θερμοκρασία. Ο διαμορφωτής παρουσιάζει υψηλό εύρος ζώνης (>70 GHz, ακόμη και πάνω από 110 GHz) και ικανότητα μετάδοσης σήματος υψηλής ταχύτητας.
3.2 Ετερογενής ενσωμάτωση υλικού κυματοδηγού εναπόθεσης: η εναπόθεση πυριτίου ή νιτριδίου του πυριτίου σε λεπτό υμένιο νιοβικού λιθίου ως κυματοδηγός φορτίου επιτυγχάνει επίσης αποτελεσματική ηλεκτροοπτική διαμόρφωση.
3.3 Ετερογενής ολοκλήρωση εκτύπωσης μικρομεταφοράς (μ TP): Πρόκειται για μια τεχνολογία που αναμένεται να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή μεγάλης κλίμακας, η οποία μεταφέρει προκατασκευασμένες λειτουργικές συσκευές σε τσιπ-στόχους μέσω εξοπλισμού υψηλής ακρίβειας, αποφεύγοντας την πολύπλοκη μετεπεξεργασία. Έχει εφαρμοστεί με επιτυχία σε πλατφόρμες νιτριδίου του πυριτίου και σε πλατφόρμες με βάση το πυρίτιο, επιτυγχάνοντας εύρος ζώνης δεκάδων GHz.
Συνοπτικά, το παρόν άρθρο σκιαγραφεί συστηματικά τον τεχνολογικό οδικό χάρτη των ηλεκτροοπτικών διαμορφωτών που βασίζονται σε πλατφόρμες νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης, από την αναζήτηση δομών μη συντονισμένης κοιλότητας υψηλής απόδοσης και μεγάλου εύρους ζώνης, την εξερεύνηση μικροσκοπικών δομών συντονισμένης κοιλότητας και την ενσωμάτωση με ώριμες φωτονικές πλατφόρμες με βάση το πυρίτιο. Καταδεικνύει το τεράστιο δυναμικό και τη συνεχή πρόοδο των διαμορφωτών νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης στην υπέρβαση του σημείου συμφόρησης απόδοσης των παραδοσιακών διαμορφωτών και στην επίτευξη οπτικής επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας.
Ώρα δημοσίευσης: 31 Μαρτίου 2026