ความคืบหน้าการวิจัยของโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง

ความก้าวหน้าการวิจัยของโมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง

โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกเป็นอุปกรณ์หลักของระบบสื่อสารออปติกและระบบโฟโตนิกไมโครเวฟ มันควบคุมการแพร่กระจายของแสงในอวกาศว่างหรือท่อนำแสงโดยการเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงที่เกิดจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ลิเธียมไนโอเบตแบบดั้งเดิมตัวปรับแสงไฟฟ้าใช้ลิเธียมไนโอเบตจำนวนมากเป็นวัสดุอิเล็กโทรออปติก วัสดุลิเธียมไนโอเบตผลึกเดี่ยวถูกเจือปนในพื้นที่เพื่อสร้างท่อนำคลื่นผ่านกระบวนการกระจายไททาเนียมหรือการแลกเปลี่ยนโปรตอน ความแตกต่างของดัชนีหักเหแสงระหว่างชั้นแกนกลางและชั้นหุ้มนั้นน้อยมาก และท่อนำคลื่นมีความสามารถในการยึดเกาะกับสนามแสงได้ไม่ดี ความยาวรวมของมอดูเลเตอร์อิเล็กโทรออปติกที่บรรจุในบรรจุภัณฑ์โดยทั่วไปคือ 5~10 ซม.

เทคโนโลยีลิเธียมไนโอเบตบนฉนวน (LNOI) เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาของตัวปรับแสงไฟฟ้าลิเธียมไนโอเบตขนาดใหญ่ ความแตกต่างของดัชนีหักเหระหว่างชั้นแกนของท่อนำคลื่นและชั้นหุ้มนั้นสูงถึง 0.7 ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการจับโหมดออปติกและเอฟเฟกต์การควบคุมแสงไฟฟ้าของท่อนำคลื่นได้อย่างมาก และได้กลายเป็นจุดศูนย์กลางการวิจัยในสาขาตัวปรับแสงไฟฟ้า

เนื่องจากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการกลึงขนาดเล็ก การพัฒนาโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าที่ใช้แพลตฟอร์ม LNOI จึงก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของขนาดที่กะทัดรัดมากขึ้น และการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่อง ตามโครงสร้างท่อนำคลื่นที่ใช้ โมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางทั่วไปคือโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าแบบท่อนำคลื่นที่กัดกร่อนโดยตรง ไฮบริดที่โหลดเครื่องปรับคลื่นนำทางและมอดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกแบบรวมคลื่นนำไฟฟ้าซิลิคอนไฮบริด

ปัจจุบัน การปรับปรุงกระบวนการแกะสลักแห้งช่วยลดการสูญเสียของท่อนำคลื่นลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางได้อย่างมาก วิธีการโหลดสันช่วยแก้ปัญหาความยากของกระบวนการแกะสลักสูง และได้ตระหนักถึงโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าลิเธียมไนโอเบตที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 1 V ครึ่งคลื่น และการผสานรวมกับเทคโนโลยี SOI ที่ครบถ้วนสมบูรณ์สอดคล้องกับแนวโน้มของการผสานรวมไฮบริดโฟตอนและอิเล็กตรอน เทคโนโลยีลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางมีข้อได้เปรียบในการตระหนักถึงการสูญเสียต่ำ ขนาดเล็ก และแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ของโมดูเลเตอร์ออปติกไฟฟ้าแบบบูรณาการบนชิป ในทางทฤษฎี คาดการณ์ว่าโมดูเลเตอร์แบบพุช-พูลลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบาง 3 มม.โมดูเลเตอร์ M⁃Zแบนด์วิดท์ออปติกไฟฟ้า 3dB สามารถเข้าถึง 400 GHz และแบนด์วิดท์ของโมดูเลเตอร์ลิเธียมไนโอเบตฟิล์มบางที่เตรียมขึ้นในเชิงทดลองมีรายงานว่าอยู่ที่มากกว่า 100 GHz เล็กน้อย ซึ่งยังห่างไกลจากขีดจำกัดสูงสุดตามทฤษฎี การปรับปรุงที่นำมาจากการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์โครงสร้างพื้นฐานนั้นมีจำกัด ในอนาคต จากมุมมองของการสำรวจกลไกและโครงสร้างใหม่ เช่น การออกแบบอิเล็กโทรดเวฟไกด์โคพลานาร์มาตรฐานเป็นอิเล็กโทรดไมโครเวฟแบบแบ่งส่วน ประสิทธิภาพของโมดูเลเตอร์อาจได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม

นอกจากนี้ การนำชิปโมดูเลเตอร์แบบรวมและการรวมเข้ากับเลเซอร์ เครื่องตรวจจับ และอุปกรณ์อื่นๆ บนชิปแบบต่างชนิดกัน ถือเป็นทั้งโอกาสและความท้าทายสำหรับการพัฒนาโมดูเลเตอร์ลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางในอนาคต โมดูเลเตอร์ไฟฟ้าออปติกแบบลิเธียมไนโอเบตแบบฟิล์มบางจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในโฟตอนไมโครเวฟ การสื่อสารด้วยแสง และสาขาอื่นๆ