香港城市大學、哈佛大學和諾基亞-貝爾實驗室最近合作報道了小型片上LiNbO3調制器，長度僅10~20mm，表面積相比傳統LiNbO3調制器縮小100倍，傳輸速率更快，數據帶寬35GHz~100GHz，而功耗更低、光損耗大幅降低。研究者表示，該發明將為未來高速、低功耗、高成本-效益通信網絡及量子光子計算鋪平道路。
新型調制器與傳統調制器尺寸對比
現有常用LiNbO3調制器需要3~5V的高驅動電壓，遠高于典型CMOS電路可提供的1V電壓，電子放大器的存在導致器件較大的體積、功耗和價格。香港城市大學等機構開發了一種新的LiNbO3調制器制備方法，可獲得超高電-光帶寬，且電壓與CMOS電路兼容。研究人員評論稱：“未來，可將CMOS電路與調制器緊密并排放置，實現更高集成度和更低功耗，無需電子放大器。”憑借研究團隊的先進納米制造技術，該調制器不僅尺寸更小，且數據傳輸速率可達210Gbps，光損耗較現有調制器降低10倍。研究者進一步指出，LiNbO3的電學和光學性質使其成為最佳的調制器材料，但制造納米級的LiNbO3調制器極為困難，阻礙了該器件的小型化。LiNbO3的化學惰性也導致了傳統化學刻蝕方法不適用，而一般認為物理刻蝕方法無法獲得光滑的刻蝕表面，但研究團隊證明了其新穎的納米制造技術。
論文第一作者Wang Cheng自2013年攻讀哈佛大學博士學位時即開展該項研究，其本人最近加入香港城市大學，正與太赫茲和毫米波國家重點實驗室團隊一起研究將其用于即將到來的5G通信。研究者相信該發明也可實現量子光子學應用。
另一位作者表示，該項研究展示了集成光子學的一項基礎技術突破，該技術平臺可實現大規模、高速、超低功耗光子電路，實現一系列未來量子和經典光通信與計算應用。
哈佛的技術發展辦公室已與Loncar實驗室合作成立了一家初創公司HyperLight，打算將與該研究相關的基礎知識產權包商業化。諾基亞-貝爾實驗室的光傳輸主任Peter Winzer表示：“高度集成且高性能的光學調制器對于實現光子和數字電子器件更緊密集成至關重要，也為未來光纖輸入輸出光電處理引擎鋪平了道路，我們認為該調制器技術是實現此類解決方案的有力候選者?！?/p>
參考文獻《Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating atCMOS-compatible voltages》