薄膜铌酸锂的优势,公众号写了很多,不赘述,今年年初整理了一个册子,预计明年年初再更新一个版本。
薄膜铌酸锂的大带宽,低损耗,非常适合高速调制器的发展需求。
HyperLight做铌酸锂调制器芯片,今年ECOC有个特邀报告,聊了一下进展,铌酸锂芯片是与新易盛合作的,提供给Arista
在OFC2023,OFC2024,Arista都评估过大容量光模块的功耗问题,其中采用LPO是解决降功耗的一个策略。
并且对比了硅光方案与薄膜铌酸锂方案的功耗,相比较而言,薄膜铌酸锂的调制效率高,光学损耗小,总体的光模块功耗也低一些。
HyperLight铌酸锂调制器今年测试了400Gbps/lane的PAM4,模块是新易盛封装的,通过McGill大学实验室的是德仪表做的眼图测试
仿真建模的一些数据,如下,采用差分驱动,摆幅要低于1Vpp才能有足够的带宽。
降低摆幅提升带宽,这都是常规操作
Y10T272 Lumentum 105GHz带宽400Gbps PAM4 EML芯片
铌酸锂只看这个材料的话,理论带宽能大于200GHz,但是咱们是电光转换,总得需要电极设计。
电极的传输线设计,是限制整个电光调制器带宽的关键
HyperLight做了个分析,在7mm调制长度下,理想的射频电极设计是50Ω单端阻抗,射频损耗0.75 dB/cm.Hz, 考虑了趋肤效应随频率的变化,射频折射率与光学折射率匹配,光信号与电信号的波动速率相同。
蓝紫色的线,带宽>110GHz的。
但是,(黄色),如果射频电极设计不合理,射频损耗0.9dB/cm.Hz,这个-3dB的带宽就降低到80GHz左右。
如果调制器长度倍增,1.4mm的电极长度,则带宽<40GHz, 主要是射频信号末端驱动能力指数程度降低。
如果光折射率与射频折射率出现差异,行波调制方式导致相位不匹配,带宽下降
《2021合集》 Lumentum 高速调制器60GHz带宽的行波处理
再一个,看下红色线,出现微波,这是阻抗不匹配导致电磁波反射引起的振荡。
10月底,我有一个光学芯片的封装专题,三小时,会聊到射频信号的纠结,射频电极,需要综合考虑串联电阻、寄生电感、电容,这些参数有寄生振荡,也影响阻抗与射频折射率的结果。
另外,电极好不容易考虑了自身的阻抗、射频折射率、避免振荡这几个参数的平衡,还需要考虑衬底损耗,调制效率...对调制带宽的影响。
铌酸锂调制器的射频电极设计,是一个难题。
铌酸锂的薄膜波导的成型工艺,是另一个难题,批量生产的低成本薄膜波导成型工艺则是难上加难。
电子束光刻,精度高,但成本很高,不适合批量生产。
采用离子刻蚀、反应离子刻蚀等光刻工艺,则需要考虑波导侧壁粗糙度、考虑反应离子引起的残留物沉积....
这在产业化过程中,工艺技术路线的优化与可行性需要考虑的。
HyperLight提了一下他家基于量产的薄膜铌酸锂晶圆级性能与可靠性控制。
2024年10月26号,有射频特性的一些解读