高性能電気光学変調器：薄膜ニオブ酸リチウム変調器

高性能電気光学変調器：薄膜ニオブ酸リチウム変調器

電気光学変調器（EOM変調器）は、特定の電気光学結晶の電気光学効果を利用した変調器であり、通信機器内の高速電子信号を光信号に変換することができます。電気光学結晶に電界を加えると、電気光学結晶の屈折率が変化し、それに応じて結晶の光波特性も変化します。これにより、光信号の振幅、位相、偏光状態の変調を実現し、通信機器内の高速電子信号を変調によって光信号に変換します。

現在、主に3つのタイプがあります。電気光学変調器市場に出回っているもの：シリコンベースの変調器、インジウムリン変調器、薄膜ニオブ酸リチウム変調器その中で、シリコンは直接的な電気光学係数を持たず、性能はより汎用的で、短距離データ伝送トランシーバーモジュール変調器の製造にのみ適しています。一方、リン化インジウムは中長距離光通信ネットワークトランシーバーモジュールに適していますが、集積プロセス要件が非常に高く、コストが比較的高く、アプリケーションには一定の制限があります。一方、ニオブ酸リチウム結晶は光電効果が豊富であるだけでなく、光屈折効果、非線形効果、電気光学効果、音響光学効果、圧電効果、熱電効果が一つにまとまっており、その格子構造と豊富な欠陥構造のおかげで、ニオブ酸リチウムの多くの特性は、結晶組成、元素ドーピング、価数状態の制御などによって大幅に制御できます。 最大30.9pm/Vの電気光学係数など、優れた光電性能を実現し、リン化インジウムよりも大幅に高く、チャープ効果（チャープ効果：レーザーパルスの伝送過程でパルス内の周波数が時間とともに変化する現象を指す。チャープ効果が大きいほど、信号対雑音比が低下し、非線形効果が生じる）が小さく、消光比（信号の「オン」状態と「オフ」状態の平均電力比）が良好で、デバイスの安定性が優れています。さらに、薄膜ニオブ酸リチウム変調器の動作メカニズムは、シリコンベースの変調器や非線形変調方式のインジウムリン変調器とは異なり、線形電気光学効果を利用して電気変調信号を光キャリアに載せ、変調速度は主にマイクロ波電極の性能によって決定されるため、より高い変調速度と線形性、そしてより低い消費電力を実現できます。以上により、ニオブ酸リチウムは高性能電気光学変調器の製造に理想的な選択肢となり、100G / 400Gコヒーレント光通信ネットワークや超高速データセンターなど幅広い用途で使用され、100キロメートルを超える長距離伝送を実現できます。

「光子革命」の破壊的材料としてのニオブ酸リチウムは、シリコンやリン化インジウムと比較して多くの利点があるものの、デバイス内ではバルク材料の形で現れることが多く、光はイオン拡散やプロトン交換によって形成された平面導波路に限定され、屈折率差は通常比較的小さく（約0.02）、デバイスサイズは比較的大きいため、小型化と集積化のニーズを満たすのが難しい。光学機器その生産ラインは実際のマイクロエレクトロニクスのプロセスラインとは依然として異なり、コストが高いという問題があるため、電気光学変調器に使用されるニオブ酸リチウムにとって薄膜形成は重要な発展方向です。