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変調器変調器は、特定の電気光学結晶の電気光学効果を利用して作られる変調器であり、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印加すると、結晶の屈折率が変化し、それに伴って結晶の光波特性も変化するため、光信号の振幅、位相、偏光状態の変調が実現され、変調によって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。

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、リン化インジウム変調器、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ないため、性能はより一般的で、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。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、統合プロセスの要求が非常に高く、コストも比較的高く、用途には一定の制限があります。対照的に、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、熱電効果が等しく、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、価数状態制御などによって大きく調整できます。電気光学係数が最大 30.9 pm/V に達し、リン化インジウムよりも大幅に高いなど、優れた光電性能を実現し、チャープ効果が小さく（チャープ効果：レーザーパルス伝送プロセス中にパルス内の周波数が時間とともに変化する現象を指します。チャープ効果が大きいほど、信号対雑音比が低くなり、非線形効果が生じます）、消光比が良好で（信号の「オン」状態と「オフ」状態の平均電力比）、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原理は、非線形変調方式を用いるシリコン系変調器やリン化インジウム変調器とは異なり、線形電気光学効果を利用して電気的に変調された信号を光キャリアにロードします。変調速度は主にマイクロ波電極の性能によって決まるため、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。以上のことから、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材料となり、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活用され、100キロメートルを超える長距離伝送を実現できます。

ニオブ酸リチウムは「光子革命」の破壊的材料として注目されていますが、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）、デバイスサイズも比較的大きいため、小型化や集積化のニーズを満たすことは困難です。光学デバイスまた、その製造ラインは実際のマイクロエレクトロニクス製造プロセスラインとはまだ異なっており、コストが高いという問題もあるため、薄膜形成は電気光学変調器に使用されるニオブ酸リチウムの重要な開発方向である。