当前，以CHatGTP为代表的生成式AI（AIGC）应用仍在快速迭代升级，全球数据总量呈现指数式增长趋势，不仅对算力提出了新要求，也对传输速率和传输容量提出了更高要求。光通信由于具有速率高、频带宽、保密性好、损耗小等诸多优点，可以有效提升关键路径上信息传输的的传输速率和传输容量，并可再结合先进的数字信号处理技术，实现超高速率、超大容量、超长距离、超灵活的维度的高效传输。而电光调制器作为高速光通信链路的关键瓶颈性器件，决定了发射光信号的码率、质量和传输距离，并且也是光模块尺寸和功耗的决定性因素。

电光调制器（EOM）是利用某些电光晶体的电光效应制成的调制器，可将通信设备中的高速电子信号转化为光信号。当其中的电光晶体受到外加电场时，电光晶体的折射率会发生变化，通过该晶体的光波特性也会相应变化，从而实现对光信号的幅度、相位以及偏振状态等参量的调制，通过调制将通信设备中的高速电子信号转化为光信号。

铌酸锂：高性能电光调制器的理想选择

目前市面上主流的电光调制器主要有三种类型：硅基调制器、磷化铟调制器以及铌酸锂调制器。其中，硅没有直接电光系数，性能较为一般，仅适用于制作短距离数据传输收发模块的调制器，磷化铟虽然适用于中长距离光通信网络的收发模块，但对集成工艺要求极高、成本也相对较高，在应用上受到了一定的限制。

相比之下，铌酸锂晶体不仅光电效应丰富，集光折变效应、非线性效应、电光效应、声光效应、压电效应与热电效应等于一体，而且得益于其晶格结构和丰富的缺陷结构，铌酸锂诸多性能可以通过晶体组分、元素掺杂、价态控制等进行大幅度调控，实现优越的光电性能，比如电光系数高达30.9pm/V，显著高于磷化铟，且具有很小的啁啾效应（啁啾效应：指在激光脉冲传输过程中，脉冲内的频率随时间发生变化的现象。啁啾效应较大会导致信噪比降低，同时引发非线性效应）、良好的消光比（信号“开”状态与“关”状态的平均功率比值）

和优越的器件稳定性。除此之外，铌酸锂调制器的工作机制与硅基调制器和磷化铟调制器等采用非线性调制方法的器件不同，是利用线性电光效应将电调制信号加载到光载波上，调制速率主要由微波电极的性能决定，因此可以实现更高的调制速度和线性度以及更低的功耗。基于以上，铌酸锂成为制备高性能电光调制器的理想选择，在100G/400G相干光通讯网络和超高速数据中心有着广泛的应用，能实现100公里以上的长传输距离。

薄膜化成为铌酸锂的重要发展方向

铌酸锂作为“光子革命”的颠覆性材料，虽然相比硅和磷化铟拥有诸多优势，但其往往以体材料的形态出现在器件中，光被限制在由离子扩散或质子交换形成的平面波导内，折射率差通常比较小（约为0.02），器件尺寸比较大，难以满足光学器件趋于小型化、集成化的需求，同时其产线与实际的微电子工艺线仍有差异，存在成本较高的难题，因此薄膜化成为了电光调制器用铌酸锂的重要发展方向。

图2 (a) 铌酸锂晶体 (b) 铌酸锂单晶薄膜 (c) 薄膜铌酸锂片上电光调制器

来源：参考文献1

薄膜铌酸锂是通过“离子切片” 的方式，从块状的铌酸锂晶体上剥离出来的，然后将其高温键合在附有SiO₂缓冲层的Si晶片上而形成的薄膜铌酸锂材料。相较于传统的铌酸锂晶体调制器，薄膜铌酸锂调制器在成本、功耗、性能等方面均有显著优势：

1、通过“离子切片”，薄膜铌酸锂晶圆厚度通常在300~900 nm之间，且通过微纳加工，铌酸锂波导、微腔等结构可将光场局域在亚波长量级，从而显著降低器件尺寸并提高非线性作用的效率。

2、利用容性电极和石英衬底，不仅可以降低金属微波损耗，还可以降低微波速率，使光波和微波在调制区域以相同的速率传输，光和电达到完美匹配。

3、与CMOS工艺兼容，且随着尺寸的减小也使单位面板传输密度提高，成本方面有进一步下降的空间。

小结

随着AI技术的进步和应用场景的扩展，特别是从文字类交互向视频类交互的发展趋势，对于数据传输要求具有更高的带宽和更快的数据处理速度，这直接推动了对高速光模块的需求，作为光模块产业链中关键环节的薄膜铌酸锂行业，预计也将迎来快速发展期。

参考文章：

1、爱光学，《铌酸锂，引领光子革命的“六边形战士”》

2、毅仁资本，《新材料：光子学时代的基石——“光学硅”铌酸锂》

3、张平化,王会涛,付志明.数据中心光模块技术及演进[J].中兴通讯技术.

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