當前，以CHatGTP為代表的生成式AI（AIGC）應用仍在快速迭代升級，全球數據總量呈現指數式增長趨勢，不僅對算力提出了新要求，也對傳輸速率和傳輸容量提出了更高要求。光通信由于具有速率高、頻帶寬、保密性好、損耗小等諸多優點，可以有效提升關鍵路徑上信息傳輸的的傳輸速率和傳輸容量，并可再結合先進的數字信號處理技術，實現超高速率、超大容量、超長距離、超靈活的維度的高效傳輸。而電光調制器作為高速光通信鏈路的關鍵瓶頸性器件，決定了發射光信號的碼率、質量和傳輸距離，并且也是光模塊尺寸和功耗的決定性因素。

電光調制器（EOM）是利用某些電光晶體的電光效應制成的調制器，可將通信設備中的高速電子信號轉化為光信號。當其中的電光晶體受到外加電場時，電光晶體的折射率會發生變化，通過該晶體的光波特性也會相應變化，從而實現對光信號的幅度、相位以及偏振狀態等參量的調制，通過調制將通信設備中的高速電子信號轉化為光信號。

鈮酸鋰：高性能電光調制器的理想選擇

目前市面上主流的電光調制器主要有三種類型：硅基調制器、磷化銦調制器以及鈮酸鋰調制器。其中，硅沒有直接電光系數，性能較為一般，僅適用于制作短距離數據傳輸收發模塊的調制器，磷化銦雖然適用于中長距離光通信網絡的收發模塊，但對集成工藝要求極高、成本也相對較高，在應用上受到了一定的限制。

相比之下，鈮酸鋰晶體不僅光電效應豐富，集光折變效應、非線性效應、電光效應、聲光效應、壓電效應與熱電效應等于一體，而且得益于其晶格結構和豐富的缺陷結構，鈮酸鋰諸多性能可以通過晶體組分、元素摻雜、價態控制等進行大幅度調控，實現優越的光電性能，比如電光系數高達30.9pm/V，顯著高于磷化銦，且具有很小的啁啾效應（啁啾效應：指在激光脈沖傳輸過程中，脈沖內的頻率隨時間發生變化的現象。啁啾效應較大會導致信噪比降低，同時引發非線性效應）、良好的消光比（信號“開”狀態與“關”狀態的平均功率比值）

和優越的器件穩定性。除此之外，鈮酸鋰調制器的工作機制與硅基調制器和磷化銦調制器等采用非線性調制方法的器件不同，是利用線性電光效應將電調制信號加載到光載波上，調制速率主要由微波電極的性能決定，因此可以實現更高的調制速度和線性度以及更低的功耗。基于以上，鈮酸鋰成為制備高性能電光調制器的理想選擇，在100G/400G相干光通訊網絡和超高速數據中心有著廣泛的應用，能實現100公里以上的長傳輸距離。

薄膜化成為鈮酸鋰的重要發展方向

鈮酸鋰作為“光子革命”的顛覆性材料，雖然相比硅和磷化銦擁有諸多優勢，但其往往以體材料的形態出現在器件中，光被限制在由離子擴散或質子交換形成的平面波導內，折射率差通常比較小（約為0.02），器件尺寸比較大，難以滿足光學器件趨于小型化、集成化的需求，同時其產線與實際的微電子工藝線仍有差異，存在成本較高的難題，因此薄膜化成為了電光調制器用鈮酸鋰的重要發展方向。

圖2 (a) 鈮酸鋰晶體 (b) 鈮酸鋰單晶薄膜 (c) 薄膜鈮酸鋰片上電光調制器

來源：參考文獻1

薄膜鈮酸鋰是通過“離子切片” 的方式，從塊狀的鈮酸鋰晶體上剝離出來的，然后將其高溫鍵合在附有SiO₂緩沖層的Si晶片上而形成的薄膜鈮酸鋰材料。相較于傳統的鈮酸鋰晶體調制器，薄膜鈮酸鋰調制器在成本、功耗、性能等方面均有顯著優勢：

1、通過“離子切片”，薄膜鈮酸鋰晶圓厚度通常在300~900 nm之間，且通過微納加工，鈮酸鋰波導、微腔等結構可將光場局域在亞波長量級，從而顯著降低器件尺寸并提高非線性作用的效率。

2、利用容性電極和石英襯底，不僅可以降低金屬微波損耗，還可以降低微波速率，使光波和微波在調制區域以相同的速率傳輸，光和電達到完美匹配。

3、與CMOS工藝兼容，且隨著尺寸的減小也使單位面板傳輸密度提高，成本方面有進一步下降的空間。

小結

隨著AI技術的進步和應用場景的擴展，特別是從文字類交互向視頻類交互的發展趨勢，對于數據傳輸要求具有更高的帶寬和更快的數據處理速度，這直接推動了對高速光模塊的需求，作為光模塊產業鏈中關鍵環節的薄膜鈮酸鋰行業，預計也將迎來快速發展期。

參考文章：

1、愛光學，《鈮酸鋰，引領光子革命的“六邊形戰士”》

2、毅仁資本，《新材料：光子學時代的基石——“光學硅”鈮酸鋰》

3、張平化,王會濤,付志明.數據中心光模塊技術及演進[J].中興通訊技術.

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