1064纳米波段高性能薄膜铌酸锂电光调制器的突破：实现38 GHz带宽与2.8 V低驱动电压

【编辑推荐】针对1064 nm波段电光调制器（EOM）在集成化与高性能需求上的技术瓶颈，研究人员通过优化薄膜铌酸锂（TFLN）波导结构与电极设计，成功研制出5 mm紧凑型器件，实现38 GHz超高带宽和2.8 V超低Vπ，效率较传统体材料铌酸锂（LN）调制器提升2倍。该成果为高功率光纤激光器、量子通信等前沿应用提供了关键器件支撑。

　　

在光子学技术快速发展的今天，1064纳米波段因其在高功率光纤激光器、量子通信和光学频率梳等领域的独特优势，成为研究热点。然而，这一波段的电光调制器（Electro-Optic Modulator, EOM）长期面临体积庞大、驱动电压高和带宽受限等挑战。传统体材料铌酸锂（Bulk Lithium Niobate, LN）调制器虽能工作于该波段，但V_πL（半波电压-长度积）过高、带宽不足，且无法实现芯片级集成，严重制约了系统性能提升。

针对这一难题，中国科学院的研究团队基于薄膜铌酸锂（Thin-Film Lithium Niobate, TFLN）平台开展创新研究。通过精确优化波导蚀刻深度、电极间距和光学-射频折射率匹配，他们成功开发出5毫米长的马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer, MZI）调制器，在1064 nm波长下实现2.8 V的超低V_π和38 GHz的创纪录带宽。这一成果不仅将调制效率提升至传统LN器件的两倍，更首次在短尺寸器件中同时实现高带宽与低电压驱动，相关研究发表在《Optics》期刊。

关键技术方法包括：1）采用x切向600 nm厚TFLN晶圆键合于4.7 μm二氧化硅衬底；2）通过二维色图仿真优化蚀刻深度与电极间距；3）设计推挽式电极结构实现光学-RF速度匹配；4）使用多模干涉（MMI）分束器降低插入损耗。

【Modulator overview】
研究团队设计了一种基于MMI分束的MZI调制器，其90°弯曲波导结构便于测试时放置高频探针。截面分析显示，器件采用高阻硅衬底上的二氧化硅缓冲层，有效降低射频损耗。

【Conclusion】
该工作突破了1064 nm TFLN调制器的性能极限，38 GHz带宽和2.8 V V_π的组合参数为迄今报道最佳。研究者特别指出，尽管1064 nm波段的瑞利散射（与波长四次方成反比）导致波导损耗高于通信波段，但通过结构优化仍实现了低损耗传输。

【重要意义】
此项研究不仅为高功率激光系统提供了小型化解决方案，更推动了量子通信等前沿领域的器件革新。作者Libing Zhou强调，该器件与CMOS驱动电压的兼容性，将加速光子集成电路（PIC）在可见光波段的应用。国家自然科学基金（62375274）和中国科学院重点研究计划（KGFZD-145–24-12）为本研究提供了支持。