电光调制器迎来新突破,PZT薄膜材料助力AI通信需求

近日，相关团队研发出了一种基于锆钛酸铅（PZT）薄膜的超小型电光调制器。该调制器凭借PZT材料的优异性能，实现了高调谐效率和高速率，为片间信息传递提供了新思路。相关成果已发表于《ACS Photonics》。

DOI:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.4c02113 电光调制器在光互联起着关键作用，尤其在AI快速发展的背景下，光互联成为提升片间信息传输速率的理想解决方案。然而，传统材料电光系数小，限制了小型化调制器的性能。“聚合电光（杭州）科技有限公司”研发的商用化PZT薄膜材料，凭借其高电光系数（150-200 pm/V）、低损耗和宽光谱范围（600 nm-中红外）在光电子领域具有巨大应用潜力。

相关团队在商用PZT薄膜平台上设计并制备了一种纳米梁电光调制器（图-1）。得益于PZT薄膜的高电光系数和纳米梁谐振腔的紧凑结构，调制器尺寸仅为几十微米。通过调节谐振峰的Q值以减小光子寿命，进一步提升了调制带宽。 (a)

(b)

图-1基于PZT薄膜晶体的纳米梁电光调制器（a）结构实体图，（b）制备得到的器件实物图 调制器的电致调制效率高达到21.2 pm/V，同时在施加3V偏压的条件下，经过60分钟测试，功率变化小于0.5 dB，展现出优异的偏压稳定性。器件在不同detuning波长下展现出不同的带宽特性。在detuning波长为1.4 nm时，该器件的3 dB带宽超过100 GHz，显示了其卓越的带宽性能（图-2（a））。此外，通过任意波形发生器（AWG）和示波器对器件进行数字信号传输测试，演示了80 Gbit/s高速数据传输，证明了其在高速通信中的强大能力 （图-2（b））。

图-2 （a）3 dB带宽测试结果；（b）眼图测试结果 总结与展望

本研究在PZT薄膜晶体材料平台上成功实现了一款小型化、高调谐效率、高带宽和高速率的高度集成化调制器。该成果展示了PZT晶体薄膜在集成光学领域的巨大潜力，为应对AI等领域日益增长的片间数据传输需求提供了解决方案。展望未来，随着PZT晶体薄膜平台研究的深入，薄膜PZT有望在光电子领域获得更广泛应用，推动相关产业和研究的发展，并为未来3.2 T网络等技术的发展提供技术支撑。