隨著人工智能（AI）、5G系統(tǒng)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)通信需要具有極高容量的發(fā)射機(jī)。超快光調(diào)制是大容量發(fā)射機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。高速光調(diào)制器引起了相當(dāng)大的興趣。利用各種材料系統(tǒng)中的不同機(jī)制，已經(jīng)取得了重大進(jìn)展。

在《光：先進(jìn)制造》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，由浙江大學(xué)戴道鋅領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種緊湊型絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）光子芯片。

絕緣體上鈮酸鋰（LNOI）平臺(tái)上的光學(xué)調(diào)制器表現(xiàn)出了巨大的潛力。這是由于線性電光（EO）效應(yīng)、低額外損耗和高穩(wěn)定性�；�于馬赫曾德干涉儀和微諧振器的LNOI EO調(diào)制器表現(xiàn)優(yōu)異。相移臂的長(zhǎng)度通常為幾毫米，甚至幾厘米，以實(shí)現(xiàn)低電壓。行波電極與高速M(fèi)ZM一起被引入。由于其占地面積大，陣列LNOI MZM對(duì)于具有多個(gè)信道的高容量多路復(fù)用系統(tǒng)來說是不方便的。

(a) 制造的LNOI光子芯片的光學(xué)顯微鏡圖像，包括四個(gè)EO調(diào)制器和四個(gè)信道WDM濾波器。(b) MWG一側(cè)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(fù)用器的雙芯錐體，以及(e) 多路復(fù)用器的橫截面。

此外，基于諧振器的LNOI調(diào)制器可以做得很緊湊，這樣也可以降低功耗。因此，基于諧振器的LNOI調(diào)制器近年來引起了人們的極大關(guān)注。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功展示了基于特定2×2法布里-珀羅（FP）腔的高速LNOI調(diào)制器。它能夠?qū)崿F(xiàn)超過110 GHz的3 dB帶寬和高達(dá)140 Gbps的數(shù)據(jù)容量。調(diào)制部分的占用面積比報(bào)告的LNOI環(huán)形諧振器調(diào)制器小得多。它對(duì)陣列波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)非常有吸引力。

同時(shí)，人們廣泛研究了先進(jìn)的復(fù)用技術(shù)，通過并行傳輸多個(gè)信道的數(shù)據(jù)來擴(kuò)展鏈路容量。WDM技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用，其中引入了多個(gè)波長(zhǎng)信道。近年來，各種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被開發(fā)出來，以實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)異性能的WDM濾波器。

在關(guān)鍵區(qū)域使用無波導(dǎo)彎曲的智能設(shè)計(jì)，已經(jīng)做出了巨大努力并取得了令人印象深刻的進(jìn)展。使用多路復(fù)用器，包括一個(gè)傾斜的多模干涉儀，在LNOI上演示了一個(gè)四信道粗WDM發(fā)射器芯片。研究團(tuán)隊(duì)提出并開發(fā)了一種基于直多模波導(dǎo)光柵（MWG）的有前景的LNOI光子濾波器。它能夠?qū)崿F(xiàn)盒狀光譜響應(yīng)，其中心波長(zhǎng)和帶寬可以靈活設(shè)計(jì)。首次使用級(jí)聯(lián)LNOI MWG建立了具有盒狀響應(yīng)的四信道WDM濾波器。

大規(guī)模的光子波導(dǎo)和電路提出了更高的制造要求。高質(zhì)量的制造對(duì)于實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)中低損耗和低相位誤差的光傳播至關(guān)重要。已經(jīng)為L(zhǎng)NOI光子波導(dǎo)建立了幾種典型的制造技術(shù)。干法蝕刻因其工藝兼容性和制造可重復(fù)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(dǎo)和器件的最常用方法之一。

該芯片具有傳輸級(jí)聯(lián)和通道均勻性。實(shí)驗(yàn)上，該芯片實(shí)現(xiàn)了320 Gbps OOK信號(hào)和400 Gbps PAM4信號(hào)的高容量數(shù)據(jù)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(yīng)用前景。

目前的光子芯片具有超緊湊的尺寸，可以擴(kuò)展到更多的通道，因此顯示出在未來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)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�？梢愿纳浦圃旃に嚒Ｍㄟ^改進(jìn)的蝕刻工藝，傳播損耗（主要來自側(cè)壁的散射損耗）可以降低到晶片級(jí)。這將支持高性能LNOI光子集成電路的發(fā)展，并滿足各種應(yīng)用日益增長(zhǎng)的需求。

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https://dx.doi.org/10.37188/lam.2023.013