基于BaTi03晶体薄膜超高速低电压微型波导电光调制器的研究

BaTiO3晶体薄膜具有绝对高的电光效应，在超高速低电压电光调制器件中有重要的研究价值。本课题拟从理论上系统研究BaTiO3薄膜的电光调制特性、电光调制器件的带宽理论、由微型条形成的无形波导模式、电光系数的精确测试理论与方法等,为器件的研究与应用奠定基础。从技术上首先研究具有高电光系数的薄膜生长工艺及电光特性固化技术，然后研究精确的波导加工技术及电光调制器的研制。本课题的意义是利用一种具有高电光效应和薄膜波导形式，在BaTiO3晶体薄膜上，开展高性能电光调制器件的系统理论和器件的研究。这一研究工作将建立电光调制器件理论模型，可使电光调制带宽达到40Gb/s，并突破40Gb/s达到160Gb/s。从而，本项工作不仅为高速电光调制器件的研究找到一条新思路，而且为光网络突破目前的10Tb/s容量向下一代发展创造了条件。因此，本课题的开展对高速、大容量光通信和信息处理器件的研究与应用具有重要意义。

高速电光调制器是光通信和数据处理中的关键部件，用于产生高速数字信号、完成信号传输和实现更多时间通道。在各种光学调制器中，LiNbO3电光波导调制器是目前工业应用中速度最快、性能最稳定的电光调制器之一，但是受其材料本身电光特性的限制，其速度已经达到了极限。BaTiO3晶体薄膜具有高的电光效应，在高速电光调制器件中具有重要的研究价值和应用前景。..在本项目中，我们从理论上系统地研究了BaTiO3晶体薄膜的电光特性/铁电特性及对电光调制器性能的影响，从而提出并论证了一级和二级非线性电光调制的新物理模型和双轨电光调制机制，为正确测定电光系数和有效研究与利用该晶体材料提供了可靠的理论依据。同时，通过对波导模式和电极结构的研究及其对电光调制器性能的影响，获得了有效提高带宽的合理途径。在新电光调制模型的支持下，利用先进合理的带宽提高途径，理论上有效论证了在5V半波电压驱动下产生1-2毫米作用长度，从而可以实现100-160GHz带宽的可行性。技术上解决了BaTiO3单晶薄膜的生长与质量评定技术、波导通道加工与测试技术，获得了稳定性和重复性好的电光调制器件的制作工艺，为后期器件的制作提供了可靠的保障。在实验方面，掌握了BaTiO3晶体薄膜生长技术，研制了BaTiO3晶体薄膜波导结构的设计与制备条件、搭建了光波导和电光调制器件性能的测试系统，进而测得了以Si3N4为脊的BaTiO3波导光损耗，电光调制器的调制带宽，并通过对研究结果的分析提出本项目目前存在的重要问题和未来目标。通过模拟发现，全BaTiO3单晶薄膜波导比以Si3N4为脊的BaTiO3波导具有更低光传输损耗。..在完成本项目课题的过程中，我们在SCI检索期刊上，尤其是高影响因子的期刊上发表了5篇论文；在中文期刊（EI检索）上发表7篇论文；申请专利6项；进行国际合作交流2人次；培养研究生多人。