基于薄膜铌酸锂绝缘体（LTOI）的1.6 Tbps大容量波分复用光通信发射器研究

为解决大数据和人工智能应用对高速光通信的需求，研究人员在薄膜铌酸锂绝缘体（LTOI）平台上开发了8通道波分复用（WDM）发射器，集成波导布拉格光栅（WBG）滤波器和马赫-曾德尔干涉仪（MZI）电光调制器（EOM），实现了单通道200 Gbps PAM4和总容量1.6 Tbps的传输性能，其低直流漂移（<1.5 dB）和67 GHz带宽为数据中心和AI应用提供了高性能解决方案。

　　

随着大数据和人工智能的爆发式增长，传统电互连技术已难以满足数据中心对高带宽、低功耗通信的需求。光互连技术凭借其大容量和低延迟优势成为替代方案，但现有铌酸锂薄膜（LNOI）平台存在双折射大、直流漂移严重等问题，限制了性能提升。薄膜铌酸锂绝缘体（LTOI）因其低双折射（n_o=2.1189，n_e=2.1232）、高热稳定性和低直流漂移特性，成为突破技术瓶颈的新选择。

研究团队在LTOI平台上首次实现了8通道波分复用（WDM）发射器的单片集成。该设计通过级联8个波导布拉格光栅（WBG）滤波器构成WDM，结合MZI电光调制器（EOM），解决了传统LNOI平台中模式混杂和相位不稳定的问题。WBG采用非对称齿形结构和绝热双锥模式复用器，实现了15.4 nm的1-dB带宽和10 pm/℃的热稳定性，通道间隔达16.8 nm。MZI EOM表现出67 GHz的3-dB带宽和5小时内仅1.5 dB的直流漂移，显著优于LNOI调制器的性能。

关键技术包括：1）基于相位匹配条件（n_eff1+n_eff2=λ_B/Λ）设计WBG滤波器；2）采用高斯渐变耦合深度（δ=600 nm）提升旁瓣抑制比；3）优化绝热双锥结构（L₀₁=50 μm，L₁₂=150 μm）实现<0.1 dB的插入损耗；4）通过50 Ω阻抗匹配设计提升MZI EOM的高频响应。

研究结果部分：

结构与设计：WBG滤波器通过TE₀-TE₁模式转换实现波长选择，Y/Z传播方向中心波长偏移仅1.5 nm。仿真显示波导宽度变化±20 nm时，模式复用器仍保持>19 dB的消光比。

制造与测量：实测WBG滤波器在25-75℃范围内，Z传播方向热漂移仅10 pm/℃，远低于LNOI的35 pm/℃。8通道WDM的串扰低于-23 dB，1-dB带宽达17 nm。

高速传输性能：MZI EOM的V_π·L为3.6 V·cm，支持100 GBaud OOK和PAM4调制。系统级测试显示，相邻通道调制串扰<-22 dB，满足PAM4信号要求。

该研究突破了LNOI平台的技术限制，首次在LTOI上实现1.6 Tbps总容量，为数据中心和AI应用提供了高性能光互连解决方案。WBG滤波器的可扩展性支持更多通道集成，未来可通过增加级联数量进一步提升容量。论文发表于《PhotoniX》，展示了LTOI平台在大容量光通信领域的巨大潜力。