一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器

针对传统铌酸锂电光调制器体积大、带宽小等技术问题,提出了一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器高频传输仿真模型,详细介绍了薄膜铌酸锂电光调制器的高频信号馈入设计、过渡薄膜基板高频阻抗匹配设计,并测试了40 GHz小尺寸薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标。测试结果表明:设计的薄膜铌酸锂电光调制器插入损耗、半波电压、3 dB带宽、产品尺寸分别为4.1 dB、3.9 V、40 GHz、30 mm×10 mm×5 mm,比传统铌酸锂电光调制器性能优越。

低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展

近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯片的方向迅猛发展,为高速信息处理、精密测量、量子信息、人工智能等重要应用提供了全新的发展动力。本文主要围绕铌酸锂晶体发展历史、薄膜铌酸锂离子切片技术发展历程、极低损耗微纳刻蚀技术演化进程,以及高性能的薄膜铌酸锂光集成器件进展进行总结,并展望了未来的发展趋势。

基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片

微波光子雷达拥有分辨率高、处理速度快、同时多波段、多功能等优势,在航天系统中具有广阔的应用前景。为了满足航天应用对雷达系统体积、质量和功耗的严格要求,集成化已经成为微波光子雷达的重要发展方向。介绍了一款基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片,利用该芯片实现了雷达发射信号倍频产生和回波信号去斜接收,并对距离天线不同位置的目标进行了测距实验,得到的测量距离与实际距离基本相同,两者之间的误差小于4 mm。

薄膜铌酸锂电光调制器研究进展

从铌酸锂电光调制器的工作原理出发,介绍了不同种类的薄膜铌酸锂波导技术和近年来部分具有代表性的薄膜铌酸锂电光调制器研究进展,并对未来发展所面临的挑战和前景进行了展望。

低半波电压铌酸锂薄膜电光调制器仿真与分析

针对铌酸锂薄膜Mach-Zehnder电光调制器存在半波电压较大的问题,采用有限元法对方向耦合器耦合模理论进行分析,并对电光调制器的关键结构参数进行优化设计。结果表明:两干涉臂光功率差与波导耦合长度呈正弦函数分布,最小波导耦合长度随耦合间距的增大而增大。在调制臂长度为2 cm,光波长为1550 nm时,仿真计算的半波电压值Vπ为0.9 V,半波电压长度积为1.8 V·cm,消光比达到26 dB。通过调制臂截面分析,得到静电场分量Ex,电位移矢量Dx,以及光模分布,并计算出电光重叠积分因子Γ为0.586。基于上述仿真结果,与以往现有的电光调制器的半波电压(1.4~10.2 V)相比,经优化后的电光调制器的半波电压更低,进而使器件的功耗更低,有利于大规模光电集成。

全封装的薄膜铌酸锂电光调制器

高速电光调制器是宽带光通信网络和微波光子系统中的关键元器件之一。相对于体材料铌酸锂而言,薄膜铌酸锂材料由于其较强的光场限制能力,在构建小尺寸、宽带、低半波电压的高性能电光调制芯片上有独特的优势。文章基于薄膜铌酸锂材料研制了一种3 dB带宽不低于50 GHz的电光调制芯片,并采用光纤与波导水平端面耦合的光学封装方案和基于1.85 mm同轴接头的射频封装方案,实现了全封装的薄膜铌酸锂电光调制器。测量结果表明,封装后器件的光学插入损耗小于等于5 dB,3 dB带宽大于等于40 GHz,射频半波电压小于等于3 V@1 GHz。

基于狭缝结构的异质集成薄膜铌酸锂电光调制器

电光调制器(Electro-optic modulator,EOM)在连接电场和光场方面发挥着至关重要的作用。本文中我们提出了一种基于绝缘体上铌酸锂(lithium niobate on insulator,LNOI)平台的异质集成EOM。主要的调制波导结构是通过在薄膜铌酸锂中嵌入硅纳米线形成具有光场增强作用的狭缝波导结构,而不是先前报道的铌酸锂薄膜脊型或无蚀刻型铌酸锂薄膜波导,这种结构可以有助于提高相应EOM的性能。本文所获得的器件性能如下:半波电压与电极长度乘积(VπL)为1.88 V·cm。若将双电容电极与波导结构联用,可进一步将VπL降低至1.35 V·cm。本文所用的场增强型狭缝波导结构和双电容电极结构将进一步促进基于LNOI平台的EOM发展。

铌酸锂薄膜调制器的研究进展

铌酸锂薄膜调制器具有体积小、带宽高、半波电压低的优点,在光纤通讯和光纤传感领域具有重要应用价值,是近年来的研究热点。本文梳理了铌酸锂薄膜调制器的波导结构、耦合结构、电极结构的研究进展,总结了LN薄膜波导的制备工艺,并深入分析了不同结构调制器的性能。基于SOI和LNOI结构,薄膜调制器实现了V_(π)L<2 V∙cm,双锥形耦合方案实现了耦合损耗<0.5 dB/facet,行波电极结构实现了调制带宽>100 GHz。铌酸锂薄膜调制器的性能在大多数方面优于目前商用铌酸锂调制器,随着波导工艺进一步提升,将成为铌酸锂调制器的热门方案。最后对铌酸锂薄膜调制器的发展趋势和应用前景进行了展望。

基于薄膜铌酸锂的偏振无关电光调制器(特邀)

基于偏振无关光分束器和模式转换器,提出一种基于薄膜铌酸锂(TFLN)的偏振无关电光调制器。其中,偏振无关光分束器可以实现TE0和TM0模式的精准分束,模式转换器能够将输入的TM0模式高效转换为TE1模式。在此基础上,使用周期性电容加载的行波电极结构可实现对两种模式光的高效电光调制。仿真结果表明,该调制器的电光带宽大于100 GHz,有助于解决现有电光调制器因偏振敏感而导致的不稳定问题,为基于TFLN的调制器开辟了新的研究思路。

高性能薄膜铌酸锂电光调制器(特邀)

薄膜铌酸锂凭借着集成度高、透明波段宽、物理化学性质稳定的优势在近年来受到了广泛的关注和研究。相比于传统体材料铌酸锂调制器,薄膜铌酸锂调制器具有小尺寸、宽带宽、低功耗等优势,调制性能远远优于传统体材料铌酸锂调制器,是光通信领域中极具竞争力的光调制器件形式。薄膜铌酸锂的进一步发展将对信号处理、生物传感和量子信息等领域的广泛应用产生深刻影响。本文简要地概括了铌酸锂晶体材料的发展历史以及薄膜铌酸锂材料的制备方法,重点介绍并总结了不同结构形式、不同工艺平台以及不同工作波长的薄膜铌酸锂调制器,并对调制性能进行对比和综合评估,最后简要概括了薄膜铌酸锂调制器的相关应用。

铌酸锂横向电光调制器

本文介绍了铌酸锂电光调制器的设计和实验结果，由于考虑了适当的结构及加工工艺，因而获得了低驱动电压和高消光比的优良特性。在1．5毫瓦、1．5毫弧度发散角的He-Ne激光下测试，单晶片铌酸锂调制器的半波电压为360伏，消光比达800：1；双晶片铌酸锂调制器的半波电压为180伏，消光比达500：1。

集成铌酸锂光子器件技术的研究进展

铌酸锂单晶薄膜(LNOI)具有透光光谱宽,折射率高,二阶非线性高及压电响应大等优点,是一种重要的集成光子学基础材料。LNOI材料具有亚波长尺度的光约束和光电器件的高密度集成能力,能够实现具有更高性能、更低成本的全新器件及应用,给光通信和微波光子学带来革命性的变革。该文重点综述了LNOI的制备技术、LNOI电光调制器、LNOI声光调制器和LNOI电光频率梳的最新研究进展,简要讨论了铌酸锂光子器件在制作工艺和系统实现中面临的挑战。

采用人工表面等离激元电极的慢光铌酸锂电光调制器

高速率、低功耗的小型化电光调制器是现代电通信网络和微波光子系统的关键组成部分。基于人工表面等离激元的慢光效应,设计了一种利用金属光子晶体电极的马赫-曾德尔干涉仪电光调制器。通过在薄膜铌酸锂光子芯片上调控微波色散与群速度,实现了微波与光波之间更强的相互耦合作用。对电光重叠积分因子的分析表明,这种结构相较条形电极结构可以通过更短的传播长度得到相同的相移,实现高效的调制过程。同时,所提慢光效应结构也可以应用于其他集成化的电光器件。

高线性度电光调制器研究进展

高线性度电光调制器主要用于解决微波光子系统中电信号到光信号转化时信号非线性失真的问题,微波光子链路的性能会受到电光调制器线性度的影响。本文首先分析了调制器产生非线性的原理,然后从电学域和光学域两方面概述了国内外提高调制器线性度的研究进展,并着重介绍了MZM串/并联法与微环辅助法的原理与研究进展,最后概述了薄膜铌酸锂在高线性度调制器上的应用,并对薄膜铌酸锂高线性度调制器的应用前景进行了展望。