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薄膜铌酸锂是一种重要的集成光子学材料。它是将块状铌酸锂晶体制备成微米或亚微米厚度的薄膜,通常生长或转移到硅、蓝宝石等衬底上。这种结构类似于硅基SOI技术,被称为LNOI结构,即绝缘体上铌酸锂。
薄膜铌酸锂继承了块状铌酸锂的优异特性,包括强电光效应、高非线性光学系数和压电性能。薄膜化带来显著优势:薄膜结构能更好地限制光场,增强光与材料的相互作用,提高器件效率;同时易于与硅基平台集成,实现器件小型化和高度集成。
LNOI结构由三层组成:底层硅衬底提供机械支撑,中间氧化硅层作为绝缘层,顶层铌酸锂薄膜是功能层。通过刻蚀铌酸锂薄膜可形成波导结构。由于铌酸锂的高折射率,与周围介质形成强烈的折射率对比,实现了优异的光场限制能力和低传输损耗。
薄膜铌酸锂在多个领域有重要应用。在光通信中,可制作超高速电光调制器,调制带宽超过一百吉赫兹,驱动电压低于两伏特。在非线性光学中,可实现高效的倍频、参量振荡等频率转换。此外还广泛应用于集成传感器和微波光子学系统,是下一代集成光子学的核心平台。
总结一下,薄膜铌酸锂作为新兴的集成光子学平台材料,具有独特的优势。LNOI结构实现了优异的光场限制和高度集成,在高速电光调制、非线性光学器件等领域展现出卓越性能。它正在推动光通信、光传感、量子光学等多个技术领域的快速发展,未来必将成为光子集成芯片的核心技术之一。