随着5G网络、云服务、虚拟现实等业务的飞速发展，网络流量正以惊人的速度增长。而作为光通信网络的核心器件，电光调制器也面临着更高容量、更低功耗的需求。其中，具有“光学硅”之称的铌酸锂（LiNbO3），因其拥有良好的物理化学稳定性、较宽的光学透明窗口（0.4 μm ~ 5 μm）、较大的电光系数（γ33=27 pm/V）等天然优势，已成为当前高速电光调制器市场的主流产品。

图1. 铌酸锂薄膜电光调制器

然而，上一代商用铌酸锂调制器依赖于钛扩散或质子交换这类弱限制的光学波导，不利于实现强电光交互，因此具有调制效率较低、器件尺寸较大等缺点，制约了传统铌酸锂调制器的微型化和单片集成的能力，阻碍了相关应用系统向着小型化与集成化发展的步伐。为解决这一难题，业界研发出了薄膜铌酸锂电光调制器。

在此之前

我们需要先了解一下

什么是

薄膜铌酸锂

薄膜铌酸锂

薄膜铌酸锂即通过“离子切片”的方式，从块状的铌酸锂晶体上剥离出铌酸锂薄膜，并键合到附有二氧化硅缓冲层的Si晶片上，形成的LNOI（LiNbO3 on insulator）材料。近年来，该材料已经实现商业量产，供货商可以提供尺寸3/4/6inch的晶圆。它具有铌酸锂的材料性能优势，同时能够提供强光学模式束缚以及高集成密度，已成为一种颇具前景的高性能片上调制器平台。

目前薄膜铌酸锂调制器芯片的关键制备技术主要集中于铌酸锂薄膜的图形化，铌酸锂单晶薄膜相对较硬，组分特殊，难以刻蚀。在已公开的铌酸锂薄膜图形化技术路线中，采用的技术路线是电子束光刻（EBL）+干法刻蚀的路线。通过此路线，可充分发挥电子束光刻加工精度高、版图设计灵活、无需掩模版直接曝光等优点，并且相对于湿法刻蚀，干法刻蚀对薄膜铌酸锂的形貌和刻蚀速率的可控性更高。

基于此种材料，我们常见的薄膜铌酸锂电光调制器有以下两种：

常见的薄膜铌酸锂电光调制器

相位调制器，是一种通过施加电压来改变光信号的“相位”的设备。当不对RF电极施加电压时，在一定长度中存在n个波。当向射频电极施加电压时，又增加了一个波，这意味着n+1个波以相同的长度存在。在这种情况下，相位已经改变了2π（360°），改变相位π的电压成为驱动电压。在长距离光传输的情况下，由于诸如互调和交调干扰、色散等问题，传输信号波形将会劣化。因此在远距离传输中可以应用相位调制器来补偿这种劣化。

强度调制器，又称为马赫-增德尔（Mach-Zehnder）调制器，指针对光信号的强度进行调制的调制器，目前调制器大多采用这种形式，这主要是因为接收机一般直接响应其接收的光信号的强度。其基本结构由两个波导，两个功分结构，以及射频电极和直流电极构成。

图2. Mach- Zehnder调制器示意图

由此可见，薄膜铌酸锂电光调制器具有成本低、尺寸小、可批量化生产、CMOS工艺兼容等优点，是未来高速光互连非常有竞争力的解决方案。同时我们可以预见到，在未来一段时间内能否突破硅与铌酸锂薄膜大面积键合工艺、薄膜铌酸锂材料的低损伤干法刻蚀工艺、铌酸锂光波导的高效耦合封装方法以及大带宽行波电极的设计等技术，是决定薄膜铌酸锂电光调制器未来发展的关键。

内容来源：华慧芯科技集团