電光調(diào)制器迎來新突破,PZT薄膜材料助力AI通信需求

近日，相關團隊研發(fā)出了一種基于鋯鈦酸鉛（PZT）薄膜的超小型電光調(diào)制器。該調(diào)制器憑借PZT材料的優(yōu)異性能，實現(xiàn)了高調(diào)諧效率和高速率，為片間信息傳遞提供了新思路。相關成果已發(fā)表于《ACS Photonics》。

DOI:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.4c02113 電光調(diào)制器在光互聯(lián)起著關鍵作用，尤其在AI快速發(fā)展的背景下，光互聯(lián)成為提升片間信息傳輸速率的理想解決方案。然而，傳統(tǒng)材料電光系數(shù)小，限制了小型化調(diào)制器的性能。“聚合電光（杭州）科技有限公司”研發(fā)的商用化PZT薄膜材料，憑借其高電光系數(shù)（150-200 pm/V）、低損耗和寬光譜范圍（600 nm-中紅外）在光電子領域具有巨大應用潛力。

相關團隊在商用PZT薄膜平臺上設計并制備了一種納米梁電光調(diào)制器（圖-1）。得益于PZT薄膜的高電光系數(shù)和納米梁諧振腔的緊湊結(jié)構(gòu)，調(diào)制器尺寸僅為幾十微米。通過調(diào)節(jié)諧振峰的Q值以減小光子壽命，進一步提升了調(diào)制帶寬。 (a)

(b)

圖-1基于PZT薄膜晶體的納米梁電光調(diào)制器（a）結(jié)構(gòu)實體圖，（b）制備得到的器件實物圖 調(diào)制器的電致調(diào)制效率高達到21.2 pm/V，同時在施加3V偏壓的條件下，經(jīng)過60分鐘測試，功率變化小于0.5 dB，展現(xiàn)出優(yōu)異的偏壓穩(wěn)定性。器件在不同detuning波長下展現(xiàn)出不同的帶寬特性。在detuning波長為1.4 nm時，該器件的3 dB帶寬超過100 GHz，顯示了其卓越的帶寬性能（圖-2（a））。此外，通過任意波形發(fā)生器（AWG）和示波器對器件進行數(shù)字信號傳輸測試，演示了80 Gbit/s高速數(shù)據(jù)傳輸，證明了其在高速通信中的強大能力 （圖-2（b））。

圖-2 （a）3 dB帶寬測試結(jié)果；（b）眼圖測試結(jié)果 總結(jié)與展望

本研究在PZT薄膜晶體材料平臺上成功實現(xiàn)了一款小型化、高調(diào)諧效率、高帶寬和高速率的高度集成化調(diào)制器。該成果展示了PZT晶體薄膜在集成光學領域的巨大潛力，為應對AI等領域日益增長的片間數(shù)據(jù)傳輸需求提供了解決方案。展望未來，隨著PZT晶體薄膜平臺研究的深入，薄膜PZT有望在光電子領域獲得更廣泛應用，推動相關產(chǎn)業(yè)和研究的發(fā)展，并為未來3.2 T網(wǎng)絡等技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。