用于高速通信的异质集成钽酸锂-氮化硅调制器

为了光互连更高带宽的前景，涉及硅制造可用材料之外的集成调制器越来越依赖于泡克耳斯效应。例如，将铌酸锂薄膜晶圆级键合到超低损耗氮化硅光子集成电路上，提供了具有低调制电压、以比硅光子学更高速度运行的异质集成器件。然而，尽管铌酸锂具有出色的电光调制能力，但它也存在双折射和长期偏置不稳定性等缺点。在其他可用的电光材料中，钽酸锂凭借其可比的电光系数、显著提高的光稳定性、低双折射、更高的光学损伤阈值以及增强的直流偏置稳定性，可以克服这些缺点。在此，我们展示了在低损耗氮化硅光子集成电路上实现钽酸锂薄膜的晶圆级异质集成。利用这个混合平台，我们实现了将氮化硅波导的超低光学损耗（~14.2 dB/m）、成熟工艺和宽透明窗口与薄膜钽酸锂的超快电光响应相结合的调制器。所得器件实现了 6 V 的半波电压，并支持高达 100 GHz 的调制带宽。我们使用单个强度调制器和同相/正交（IQ）调制器来传输 PAM4 和 16-QAM 信号，分别达到了高达 333 Gbit/秒和 581 Gbit/秒的净数据速率。我们的结果表明，钽酸锂是一种可行的宽带光子学方法，能够维持扩展的光学传播，这可以独特地为射频光子学、互连和模拟信号处理器等技术做出贡献。