RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 4, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2021

 / 

Июль

←  →

Приборы и методы исследований


Широкополосные интегрально-оптические модуляторы: достижения и перспективы развития

†  а, ‡  б, §  б, *  б, #  б
а Национальный исследовательский университет ИТМО, Кронверкский просп. 49, лит. А, Санкт-Петербург, 197101, Российская Федерация
б Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Широкополосные интегрально-оптические модуляторы являются ключевыми элементами современных оптических информационных систем. Рассмотрены три основные материальные технологические платформы для их изготовления: ниобат лития, полупроводники A3B5 и кремний. Анализируется достигнутый прогресс в создании интегрально-оптических модуляторов и даётся сопоставление полученных для разных материалов основных параметров модуляторов с требованиями практических применений. Обсуждаются направления дальнейшего развития технологии рассматриваемых модуляторов применительно к новым задачам в оптических информационных системах.

Текст pdf (939 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038871
Ключевые слова: электрооптический эффект, сверхвысокочастотные интегрально-оптические модуляторы
PACS: 42.79.−e, 42.79.Hp, 78.20.Ls (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.11.038871
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2021/7/d/
000702491600004
2-s2.0-85116881680
2021PhyU...64..722P
Цитата: Петров В М, Агрузов П М, Лебедев В В, Ильичев И В, Шамрай А В "Широкополосные интегрально-оптические модуляторы: достижения и перспективы развития" УФН 191 760–780 (2021)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 20 мая 2020, доработана: 16 ноября 2020, 18 ноября 2020

English citation: Petrov V M, Agruzov P M, Lebedev V V, Il’ichev I V, Shamray A V “Broadband integrated optical modulators: achievements and prospects” Phys. Usp. 64 722–739 (2021); DOI: 10.3367/UFNe.2020.11.038871

Список литературы (179) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (18) Похожие статьи (16)

  1. Yariv A, Yeh P Photonics: Optical Electronics in Modern Communications (New York: Oxford Univ. Press, 2007)
  2. Agrawal G P Fiber-Optic Communication Systems (New York: Willey, 2010)
  3. Mahapartha A, Murphy E J Optical Fiber Telecommunications IV. A. Components (Eds I P Kaminow, T Li) (San Diego, CA: Academic Press, 2002) p. 258
  4. Chen A, Murphy E Broadband Optical Modulators: Science, Technology, and Applications (Boca Raton, FL: CRC Press, 2012)
  5. Chang W S C (Ed.) RF Photonic Technology in Optical Fiber Links (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002)
  6. Urick V J (Jr.), McKinney J D, Williams K J Fundamentals of Microwave Photonics (Hoboken, NJ: Wiley, 2015); Пер. на русск. яз., Урик В Дж, МакКинни Дж Д, Вилльямс К Дж Основы микроволновой фотоники (М.: Техносфера, 2016)
  7. Udd E, Spillman W B (Jr., Eds) Fiber Optic Sensors: An Introduction for Engineers and Scientists (Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 2011) p. 87
  8. Rediker R H, Lind T A, Burke B E J. Lightwave Technol. 6 916 (1988)
  9. Liu Z et al J. Lightwave Technol. 38 1844 (2020)
  10. Huiszoon R J W et al J. Lightwave Technol. 23 1116 (2020)
  11. Lau K Y Dynamics of Quantum Well Lasers (Eds K Y Lau, S Zory (Jr.)) (San Diego, CA: Academic Press, 1993) p. 217
  12. Okiyama T et al J. Lightwave Technol. 6 1686 (1998)
  13. Kikuchi K J. Lightwave Technol. 34 157 (2016)
  14. Сивухин Д В Общий курс физики (М.: Физматлит, 2002)
  15. Pankove J I Optical Processes in Semiconductors (New York: Dover Publ., 1971)
  16. Miller D A B et al Phys. Rev. Lett. 53 2173 (1984)
  17. Yariv A Introduction to Optical Electronics (New York: Holt, Rinehart and Winston, 1976)
  18. Li G, Yu P J. Lightwave Technol. 21 2010 (2003)
  19. Петров В М, Шамрай А В Интерференция и дифракция для информационной фотоники (СПб.: Лань, 2019)
  20. Weis R, Gaylord T Appl. Phys. A 37 191 (1985)
  21. Toney J E Lithium Niobate Photonics (Norwood: Artech House, 2015)
  22. Bazzan M, Sada C Appl. Phys. Rev. 2 040603 (2015)
  23. Караваев П М и др Письма в ЖТФ 42 (10) 33 (2016); Karavaev P M et al Tech. Phys. Lett. 42 513 (2016)
  24. Ильичев И В и др Квантовая электроника 39 98 (2009); Il'ichev I V et al Quantum Electron. 39 98 (2009)
  25. Betts G F, O'Donnell F J, Ray K G IEEE Photon. Technol. Lett. 6 211 (1994)
  26. Fujivara T, Sato S, Mori H Appl. Phys. Lett. 54 975 (1989)
  27. Betts G E, Ray K G, Johnson L M Integrated Photonics Research, Technical Digest (Washington, DC: OSA, 1990) p. 37
  28. Варламов А В и др Письма в ЖТФ 43 (21) 87 (2017); Varlamov A V et al Tech. Phys. Lett. 43 994 (2017)
  29. Петров А Н ЖТФ 85 (5) 131 (2015); Petrov A N et al Tech. Phys. 60 761 (2015)
  30. Lee M et al Science 298 1401 (2002)
  31. Kim T D et al J. Am. Chem. Soc. 129 488 (2007)
  32. Korotky S K J. Lightwave Technol. 12 2687 (1996)
  33. Burns W K et al J. Lightwave Technol. 17 2551 (1999)
  34. Gopalakrishnan G K et al J. Lightwave Technol. 12 1807 (1994)
  35. Krahenbuhl R, Burns W K IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48 860 (2000)
  36. Cartlendge J C IEEE Photon. Technol. Lett. 9 1090 (1995)
  37. Macario J et al Opt. Express 20 23623 (2012)
  38. Kaminov I P et al Appl. Phys. Lett. 24 622 (1974)
  39. Izutsu M et al IEEE J. Quantum Electron. 13 287 (1977)
  40. Rangarath T R, Wang S Appl. Phys. Lett. 4 376 (1977)
  41. Sasaki H Electron. Lett. 13 693 (1977)
  42. Makami O, Noda J, Fukuma M Translat. IEICE Jpn. E-61 (1978) p. 144
  43. Minakata M et al J. Appl. Phys. 49 4677 (1978)
  44. Alferness R C et al Appl. Opt. 23 4012 (1979)
  45. Leonberger F J Opt. Lett. 5 312 (1980)
  46. Tench R E J. Lightwave Technol. 5 492 (1987)
  47. Kondo M et al Electron. Lett. 23 1167 (1987)
  48. Blumenthal P R et al Electron. Lett. 23 1359 (1987)
  49. Thylen L J. Lightwave Technol. 6 847 (1988)
  50. Sawaki I et al IEEE J. Selected Commun. 6 1267 (1988)
  51. Nishimoto H et al IEEE Photon. Technol. Lett. 2 634 (1990)
  52. Nozawa T et al Photonic Switching II. Proc. of the Intern. Topical Meeting, 1990 (Eds K Tada, S Hinton) (Heidelberg: Springer-Verlag, 1990) p. 84
  53. Fukuma M, Noda J, Iwasaki H J. Appl. Phys. 49 3693 (1978)
  54. Fouchet S et al J. Lightwave Technol. 5 700 (1987)
  55. Nozawa T et al Appl. Opt. 30 1085 (1991)
  56. Fukuma M, Noda J Appl. Opt. 19 591 (1980)
  57. Alferness R C et al Electron. Lett. 12 490 (1982)
  58. Ramaswamy V, Alferness, Divino M Electron. Lett. 18 30 (1982)
  59. Komatsu K et al IEEE J. Lightwave Technol. 5 1239 (1987)
  60. Kataoka T et al Electron. Lett. 30 715 (1994)
  61. Hagimoto K et al Conf. Optical Fiber Communications OFC 97, Dallas, TX, 1997 p. 242
  62. Kawano K et al Electron. Lett. 25 1382 (1989)
  63. Seino et al 16th European Conf. Optical Communication, ECOC'90, Amsterdam, 1990 p. 999
  64. Macario J et al Opt. Express 20 23623 (2012)
  65. Bulmer C H, Burns W K, Hiser S C Appl. Phys. Lett. 16 1936 (1986)
  66. Skeath P et al Appl. Phys. Lett. 49 1221 (1986)
  67. Sawaki I et al Technical Digest of Conf. on Lasers and Electro-Optics, CLEO'86, Washington, DC, 1986 p. 46
  68. Yamada S, Minakata M Jpn. J. Appl. Phys. 20 733 (1981)
  69. Seino M et al Digest of Conf. Optical Fiber Communication, OFC'92 (Washington, DC: Optical Society of America, 1992) p. 325
  70. Korotky S K, Veselka J J. Lightwave Technol. 14 2687 (1987)
  71. Maack D R Reliability of Optical Fibers and Optical Fiber Systems (Eds D K Paul, B Javidi) (Washington, DC: SPIE Optical Engineering Press, 1999) p. 197
  72. Nagata H IEEE Photon. Technol. Lett. 12 1477 (2000)
  73. Kawanishi T, Sakamoto T, Izutsu M J. Selected Topics Quantum Electron. 13 79 (2007)
  74. Sano A et al Technical Digest of 35th European Conf. on Optical Communication, ECOC'09, Vienna, 2009 p. 1
  75. Fujitsu Optical Components Co., Ltd. Optical Devices, https://www.fujitsu.com/jp/group/foc/en/products/devices/indexgig5.html
  76. Rusing M et al IEEE Nanotechnol. Mag. 18 (2019)
  77. Wang C et al Opt. Express 26 1547 (2018)
  78. Wang C et al Nature 562 101 (2018)
  79. Loncar M Technical Digest of Conf. on Lasers and Electro-Optics CLEO'2019, San Jose, CA, USA, 2019 p. 1
  80. Chelma D S et al Appl. Phys. Lett. 42 864 (1983)
  81. Weiner J S, Miller D A B, Chelma D S Appl. Phys. Lett. 50 842 (1987)
  82. Jaques M et al Opt. Express 26 22471 (2018)
  83. Joudawlkis P W et al Proc. SPIE 5435 53 (2004)
  84. Kimerling L C et al Proc. SPIE 6125 612502 (2006)
  85. Soref R A, Bennett B IEEE J. Quantum Electron. 23 123 (1987)
  86. Jalai B et al IEEE J. Selelected Top. Quantum Electron. 12 412 (2006)
  87. Reed G et al Nat. Photon. 4 518 (2010)
  88. Witzens J Proc. IEEE 106 2158 (2018)
  89. Soref R, Larenzo J IEEE J. Quantum Electron. 22 873 (1986)
  90. Nedelikovich M, Soref R, Mashanovich G Z IEEE Photon. J. 3 1171 (2011)
  91. Spector S J et al IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. 16 165 (2010)
  92. Kaminov I P et al J. Appl. Phys. 51 4379 (1980)
  93. Fukano H et al J. Lightwave Technol. 24 2219 (2006)
  94. Yu P K L et al Intern. Topical Meeting Microwave Photonics'2005 Digest (Piscataway, NJ: IEEE, 2005) p. 21
  95. Betts G E et al IEEE Photon. Technol. Lett. 18 2065 (2006)
  96. Born M, Wolf E Principles of Optics (Oxford: Pergamon Press, 1968); Пер. на русск. яз., Борн М, Вольф Э Основы оптики (М.: Наука, 1973)
  97. Martin W E Appl. Phys. Lett. 26 562 (1975)
  98. KIssa K M et al J. Lightwave Technol. 13 1521 (1995)
  99. Kawanishi T, Sakamoto T, Izutsu M IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. 13 79 (2007)
  100. Izutsu M, Shikama S, Sueta T IEEE J. Quantum Electron. 17 2225 (1981)
  101. GriffR A, Carter A C Technical Digest of Optical Fiber Communication Conf.'2002 367
  102. Zhou X, Yu J J. Lightwave Technol. 27 3641 (2009)
  103. Betts G E RF Photonic Technology in Optical Fiber Links (Ed. W S C Chang) (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2002) p. 81
  104. Tazawa H et al J. Lightwave Technol. 24 3514 (2006)
  105. Шамрай А В и др Квантовая электроника 35 734 (2005); Shamrai A V et al Quantum Electron. 35 734 (2005)
  106. Шамрай А В и др Квантовая электроника 38 273 (2008); Shamrai A V et al Quantum Electron. 38 273 (2008)
  107. Лебедев В В и др Письма в ЖТФ 41 (22) 32 (2015); Lebedev V V Tech. Phys. Lett. 41 1083 (2015)
  108. Adams D, Aboketaf A, Prebe S Opt. Express 20 17440 (2012)
  109. Wang T et al J. Lightwave Technol. 38 1851 (2020)
  110. Pandey A, Jeyasean V, Kumar S Opt. Commun. 461 125224 (2020)
  111. Heebner J E et al IEEE J. Quantum Electron. 40 726 (2004)
  112. Bogaerts W et al Laser Photon. Rev. 6 47 (2012)
  113. Zhang L et al IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. 16 149 (2010)
  114. Dumon P et al IEEE Photon. Technol. Lett. 16 1328 (2004)
  115. Yariv A IEEE Photon. Technol. Lett. 14 483 (2002)
  116. Sacher W D Opt. Express 16 15741 (2008)
  117. Sacher W D et al Opt. Express 21 9722 (2013)
  118. Kodanev A IEEE Photon. Technol. Lett. 26 1522 (2014)
  119. Hong J et al Sci. Rep. 7 4682 (2017)
  120. Yang R Opt. Express 23 28993 (2015)
  121. Lipson M IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. 12 1520 (2006)
  122. Krahenbuhl R, Howerton M M J. Lightwave Technol. 19 1287 (2001)
  123. Betts G E, Johnson L M, Cox C H J. Lightwave Technol. 7 2078 (1989)
  124. Reed G Nat. Photon. 4 518 (2010)
  125. Chen L Opt. Express 21 27003 (2013)
  126. Savchenkov A et al Phys. Rev. A 76 051804 (2004)
  127. Padmaraju K, Bergman K Nanophotonics 3 269 (2014)
  128. Kokobun Y, Funato M, Takizava M IEEE Photon. Technol. Lett. 5 1297 (1993)
  129. Guha B, Kyotoku B, Lipson M Opt. Express 18 3487 (2010)
  130. Teng J et al Opt. Express 17 14627 (2009)
  131. Djordjievich S et al Opt. Express 21 13958 (2013)
  132. Dong P et al Opt. Express 18 9852 (2010)
  133. Zortman W et al IEEE Micro 33 42 (2013)
  134. Gheorma I L, Osgood R M IEEE Photon. Technol. Lett. 14 795 (2002)
  135. Петров М П и др Письма в ЖТФ 30 (3) 75 (2004); Petrov M P et al. Tech. Phys. Lett. 30 120 (2004)
  136. Arora P et al Opt. Commun. 281 2067 (2008)
  137. Noriega U D et al Appl. Phys. B 106 51 (2012)
  138. Грешнов А А, Лебедев В В, Шамрай А В ЖТФ 82 (9) 39 (2012); Greshnov A A, Lebedev V V, Shamrai A V Tech. Phys. 57 1219 (2012)
  139. Alferness R C IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 30 1121 (1982)
  140. Kogelnik H, Schmidt R V IEEE J. Quantum Electron. 12 396 (1976)
  141. Watson J E et al J. Lightwave Technol. 8 794 (1990)
  142. Donelly J P, Gopinath A A IEEE J. Quantum Electron. 23 30 (1987)
  143. Tsuzuki K et al Electron. Lett. 39 1464 (2003)
  144. Кузьминов Ю С Ниобат и танталат лития. Материалы для нелинейной оптики (М.: Наука, 1975)
  145. Лебедев В В и др Письма в ЖТФ 40 (17) 39 (2014); Lebedev V V Tech. Phys. Lett. 40 743 (2014)
  146. Noguchi K J. Opt. Fiber Commun. 4 1 (2007)
  147. Wang C et al Nature 562 101 (2018)
  148. Петров В М и др Фотоника (5) 414 (2020)
  149. Enami Y et al Nat. Photon. 1 180 (2007)
  150. Варламов А В и др Письма в ЖТФ 43 (21) 87 (2017); Varlamov A V et al Tech. Phys. Lett. 43 994 (2017)
  151. Wong K K (Ed.) Properties of Lithium Niobate (London: INSPEC, 2002)
  152. Wang X et al APL Photon. 4 096101 (2019)
  153. Macario J et al Opt. Express 20 23623 (2012)
  154. Gopalakrishnan G K, Burns W K, Bulmer C H Electron. Lett. 28 207 (1992)
  155. Shi Y IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 54 810 (2006)
  156. Kondo J et al IEEE Photon. Technol. Lett. 17 2077 (2005)
  157. Fukuma M, Noda J Appl. Opt. 19 591 (1980)
  158. Alferness R C, Buhl L L, Divino M D Electron. Lett. 18 490 (1982)
  159. Ramaswamy V, Alferness R C, Divino M Electron. Lett. 18 30 (1982)
  160. Borghesani A Optical Fiber Communication Conf., Technical Digest (Washington, DC: Optical Society of America, 2003), paper ThO1
  161. Delansay P et al Electron. Lett. 32 1820 (1996)
  162. Kim H, Gnauk A H IEEE Photon. Technol. Lett. 14 298 (2002)
  163. Tronev A et al J. Phys. Conf. Ser. 951 012002 (2018)
  164. Lu P et al Appl. Phys. Rev. 6 041302 (2019)
  165. Yamaguchi V Y et al Jpn. J. Appl. Phys. 53 08MB03 (2014)
  166. Tronev A et al Proc. SPIE 10535 1053527 (2018)
  167. Koyama F, Iga K J. Lightwave Technol. 6 87 (1988)
  168. Laverdiere C, Fekecs A, Tetu M IEEE Photon. Technol. Lett. 15 446 (2003)
  169. Gnauk A H et al IEEE Photon. Technol. Lett. 3 916 (1991)
  170. Catherle J C J. Lightwave Technol. 16 372 (1998)
  171. Ackerman E Microwave Theory Tech. IEEE Trans. 47.2271-2279.10.1109/22.808970 (2000)
  172. Fereira A et al Technical Digest 11-th Intern. Conf. on Transparent Optical Networks, Azores, 2009 p. 1
  173. https://www.infinera.com/wp-content/uploads/The-Advantages-of-InP-Photonic-Integration-in-High-Performance-Coherent-Optics-0223-WP-RevA-1219.pdf
  174. Doerr C R Frontiers Phys. 3 37 (2015)
  175. Cheng Q et al Optica 5 1354 (2018)
  176. Shen Y et al J. Lightwave Technol. 37 245 (2019)
  177. Alibart O et al J. Opt. 18 104001 (2016)
  178. Lonchar M Technical Digest of 2019 Conf. on Lasers and Electro-Optics, San Jose, CA, USA, 2019 p. 1
  179. Rusing M et al IEEE Nanotechnol. Mag. 13 18 (2019)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение