随着AI、大数据、光计算等新技术的广泛发展，全球数据流量呈指数级爆炸增长，对信号处理设备的数据处理速度、工作带宽和功耗提出了前所未有的挑战。实现低驱动电压、大带宽、低功耗、低插损、高消光比且兼容大规模制造的高性能电光调制器，已成为光子集成电路应用领域的核心目标。本文我们创新性地基于12微米厚二氧化硅缓冲层和周期型电容负载行波（CLTW）电极，成功制备出高性能薄膜铌酸锂（TFLN）电光调制器芯片，突破了传统铌酸锂电光调制器的性能瓶颈。

图1. (a)基于CLTW电极的TFLN调制器的结构示意图,（b）调制器的横截面示意图，插图为TFLN芯片横截面光镜图。（c）制备的TFLN芯片的光学显微镜图。

在传统共面波导电极结构中，驱动电压与调制带宽之间存在固有的权衡关系：减小电极间距虽然能降低半波电压，但会导致介质损耗和导体损耗显著增加，严重制约高频响应。周期型电容负载行波电极设计在保持原有电极间距的同时增加主电极间距，既维持了高调制效率，又有效降低了微波损耗，从而打破了电压-带宽的本征限制。然而，T型微结构电极会引入慢波效应——微波相速度降低、微波折射率增大，对速度匹配提出了新挑战。此前研究者采用石英基底（LNOQ）或部分刻蚀硅基底来解决这一问题，但均存在明显局限：LNOQ工艺存在电子束曝光写场拼接问题、波导断裂、端面磨抛困难、传输损耗高等缺陷；部分刻蚀硅基底则设计复杂、刻蚀深度需精确控制、工艺流程繁琐。

针对上述问题，我们采用12微米厚二氧化硅缓冲层的硅基薄膜铌酸锂平台，结合CLTW电极设计，在保持高调制效率的同时实现了完美的速度匹配，且完全兼容标准制造工艺。实验结果表明：器件在C波段实现1.25 V·cm的高调制效率，7 mm长器件半波电压仅1.76 V，消光比约30 dB。电光响应在67 GHz范围内仅下降1.3 dB，3-dB带宽远超67 GHz。

图2. (a)测试中的TFLN调制器芯片样品，(b, c) 4 mm和7 mm长调制器的电光调制曲线。

图3. (a)7 mm长TFLN调制器EO响应曲线，(b)不同H参数下的微波折射率，(c)微波折射率与H参数之间的相关性。

本研究成功在12 μm厚二氧化硅缓冲层平台上实现了基于CLTW电极的超高性能TFLN电光调制器，全面提升了调制效率、带宽和可制造性，为下一代光子集成电路提供了新的技术路径。

该成果发表在"Xiaotian Xue, Yingdong Xu, Wenjun Ding, et al. High-performance thin-film lithium niobate electro-optic modulator on a thick silica buffering layer, Opt. Express 34, 13111-13122 (2026)"

论文链接：https://opg.optica.org/abstract.cfm?uri=oe-34-7-13111