ความก้าวหน้าการวิจัยของโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง

ความก้าวหน้าการวิจัยของตัวปรับแสงไฟฟ้าลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง

ตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าออปติกเป็นอุปกรณ์หลักของระบบสื่อสารด้วยแสงและระบบโฟโตนิกส์ไมโครเวฟ ทำหน้าที่ควบคุมการแพร่กระจายของแสงในอวกาศหรือท่อนำแสงโดยการเปลี่ยนดัชนีหักเหของวัสดุที่เกิดจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ลิเธียมไนโอเบตแบบดั้งเดิมตัวปรับแสงไฟฟ้าใช้วัสดุลิเธียมไนโอเบตจำนวนมากเป็นวัสดุอิเล็กโทรออปติก วัสดุลิเธียมไนโอเบตผลึกเดี่ยวถูกเจือปนในพื้นที่เพื่อสร้างท่อนำคลื่นผ่านกระบวนการแพร่ไทเทเนียมหรือกระบวนการแลกเปลี่ยนโปรตอน ความแตกต่างของดัชนีหักเหระหว่างชั้นแกนกลางและชั้นหุ้มมีน้อยมาก และท่อนำคลื่นมีความสามารถในการยึดเกาะกับสนามแสงได้ไม่ดี ความยาวรวมของตัวปรับคลื่นอิเล็กโทรออปติกที่บรรจุในบรรจุภัณฑ์โดยทั่วไปคือ 5-10 ซม.

เทคโนโลยีลิเธียมไนโอเบตบนฉนวน (LNOI) เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาตัวปรับแสงไฟฟ้าลิเธียมไนโอเบตขนาดใหญ่ ความแตกต่างของดัชนีหักเหระหว่างชั้นแกนกลางของท่อนำคลื่นและชั้นหุ้มมีค่าสูงถึง 0.7 ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการยึดเกาะของโหมดออปติคัลและประสิทธิภาพการควบคุมแสงไฟฟ้าของท่อนำคลื่นได้อย่างมาก และได้กลายเป็นจุดศูนย์กลางการวิจัยในสาขาตัวปรับแสงไฟฟ้า

ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไมโครแมชชีนนิ่ง การพัฒนาโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าที่ใช้แพลตฟอร์ม LNOI จึงก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของขนาดที่กะทัดรัดมากขึ้นและประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อพิจารณาจากโครงสร้างท่อนำคลื่นที่ใช้ โมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางทั่วไปคือโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าแบบท่อนำคลื่นที่กัดกร่อนโดยตรง ไฮบริดแบบโหลดตัวปรับคลื่นนำและเครื่องปรับคลื่นไฟฟ้าออปติกแบบผสมผสานซิลิคอนไฮบริด

ปัจจุบัน การพัฒนากระบวนการกัดแห้งช่วยลดการสูญเสียของท่อนำคลื่นลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางได้อย่างมาก วิธีการโหลดแบบสันช่วยแก้ปัญหาความยากของกระบวนการกัดสูง และได้สร้างโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าลิเธียมไนโอเบตที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 1 โวลต์แบบครึ่งคลื่น และการผสานรวมกับเทคโนโลยี SOI ที่ได้รับการพัฒนาแล้วสอดคล้องกับแนวโน้มของการผสานรวมโฟตอนและอิเล็กตรอนแบบไฮบริด เทคโนโลยีลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางมีข้อได้เปรียบในด้านการสูญเสียต่ำ ขนาดเล็ก และแบนด์วิดท์สูงในตัวโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าแบบฝังบนชิป ในทางทฤษฎี คาดการณ์ว่าโมดูเลเตอร์แบบพุช-พูลลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางขนาด 3 มม.ตัวปรับเปลี่ยน M⁃Zแบนด์วิดท์อิเล็กโทรออปติก 3dB สามารถเข้าถึงความถี่ได้สูงสุดถึง 400 GHz และแบนด์วิดท์ของตัวปรับสัญญาณลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางที่เตรียมขึ้นในการทดลองมีรายงานว่าสูงกว่า 100 GHz เล็กน้อย ซึ่งยังห่างไกลจากขีดจำกัดสูงสุดทางทฤษฎี การปรับปรุงที่เกิดจากการปรับพารามิเตอร์โครงสร้างพื้นฐานให้เหมาะสมยังมีข้อจำกัด ในอนาคต จากมุมมองของการสำรวจกลไกและโครงสร้างใหม่ๆ เช่น การออกแบบอิเล็กโทรดท่อนำคลื่นร่วมระนาบมาตรฐานเป็นอิเล็กโทรดไมโครเวฟแบบแบ่งส่วน ประสิทธิภาพของตัวปรับสัญญาณอาจได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม

นอกจากนี้ การนำชิปโมดูเลเตอร์แบบรวมและการผสานรวมแบบ on-chip เข้ากับเลเซอร์ เครื่องตรวจจับ และอุปกรณ์อื่นๆ ถือเป็นทั้งโอกาสและความท้าทายสำหรับการพัฒนาโมดูเลเตอร์ลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางในอนาคต โมดูเลเตอร์อิเล็กโทรออปติกแบบฟิล์มบางลิเธียมไนโอเบตจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในไมโครเวฟโฟตอน การสื่อสารด้วยแสง และสาขาอื่นๆ