隨著人工智能（AI）、5G系統(tǒng)、云計算和物聯網的發(fā)展，數據通信需要具有極高容量的發(fā)射機。超快光調制是大容量發(fā)射機的一項關鍵技術。高速光調制器引起了相當大的興趣。利用各種材料系統(tǒng)中的不同機制，已經取得了重大進展。

在《光：先進制造》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，由浙江大學戴道鋅領導的科學家團隊開發(fā)了一種緊湊型絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）光子芯片。

(a) 制造的LNOI光子芯片的光學顯微鏡圖像，包括四個EO調制器和四個信道WDM濾波器。(b) MWG一側的掃描電子顯微鏡圖像，(c) MWG中間部分的掃描電子顯微鏡圖像，(d) 多路復用器的雙芯錐體，以及(e) 多路復用器的橫截面。

絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）平臺上的光學調制器表現出了巨大的潛力。這是由于線性電光（EO）效應、低額外損耗和高穩(wěn)定性。基于馬赫曾德干涉儀和微諧振器的LNOI EO調制器表現優(yōu)異。相移臂的長度通常為幾毫米，甚至幾厘米，以實現低電壓。行波電極與高速MZM一起被引入。由于其占地面積大，陣列LNOI MZM對于具有多個信道的高容量多路復用系統(tǒng)來說是不方便的。

此外，基于諧振器的LNOI調制器可以很緊湊，這可以降低功耗。因此，基于諧振器的LNOI調制器近年來引起了人們的極大關注。研究團隊已經成功展示了基于特定2×2法布里-珀羅（FP）腔的高速LNOI調制器。它能夠實現超過110 GHz的3 dB帶寬和高達140 Gbps的數據容量。調制部分的占用面積比報告的LNOI環(huán)形諧振器調制器小得多。它對陣列波分復用（WDM）系統(tǒng)非常有吸引力。

同時，人們廣泛研究了先進的復用技術，通過并行傳輸多個信道的數據來擴展鏈路容量。WDM技術已經成功應用，其中引入了多個波長信道。近年來，各種波導結構被開發(fā)出來，以實現具有優(yōu)異性能的WDM濾波器。

在關鍵區(qū)域使用無波導彎曲的智能設計，已經做出了巨大努力并取得了令人印象深刻的進展。使用多路復用器，包括一個傾斜的多模干涉儀，在LNOI上演示了一個四信道粗WDM發(fā)射器芯片。研究團隊提出并開發(fā)了一種基于直多模波導光柵（MWG）的有前景的LNOI光子濾波器。它能夠實現盒狀光譜響應，其中心波長和帶寬可以靈活設計。首次使用級聯LNOI MWG建立了具有盒狀響應的四信道WDM濾波器。

大規(guī)模的光子波導和電路提出了更高的制造要求。高質量的制造對于實現光波導中低損耗和低相位誤差的光傳播至關重要。已經為LNOI光子波導建立了幾種典型的制造技術。干法蝕刻因其工藝兼容性和制造可重復性而成為首選。使用Ar氣體的電感耦合等離子體（ICP）蝕刻是制造LNOI光子波導和器件的最常用方法之一。

該芯片具有傳輸級聯和通道均勻性。實驗上，該芯片實現了320 Gbps OOK信號和400 Gbps PAM4信號的高容量數據傳輸，功耗低至11.9 fJ/bit。這表明LN大規(guī)模光子集成的巨大潛力和LNOI在集成光子器件中的廣泛應用前景。

目前的光子芯片具有超緊湊的尺寸，可以擴展到更多的通道，因此顯示出在未來進一步實現LNOI上超高容量和節(jié)能的WDM發(fā)射器的巨大潛力。引入SiO2、非晶硅或Cr硬掩模可以改善制造工藝。通過改進的蝕刻工藝，傳播損耗（主要來自側壁的散射損耗）可以降低到晶片級。這將支持高性能LNOI光子集成電路的發(fā)展，并滿足各種應用日益增長的需求。

審核編輯：湯梓紅