近日，《Nature Communications》期刊在線發表了華中科技大學、複旦大學與(yu) 中國科學院半導體(ti) 研究所聯合研究團隊的最新研究成果，題為(wei) Ultra-broadband near- to mid-infrared electro-optic modulator on thin-film lithium niobate 。該研究成功研製出一款覆蓋近紅外至中紅外波段的超寬帶高速薄膜铌酸鋰電光調製器。利用單個(ge) 調製器，在O-U波段和2微米波段均實現了單波速率超過200 Gbps和170 Gbps的高速信號傳(chuan) 輸，突破了高速電光調製器在寬光譜工作範圍上的瓶頸，為(wei) 光通信係統的頻譜資源擴展提供了有效途徑。

隨著傳(chuan) 統近紅外通信波段容量危機的日益凸顯，向中紅外拓展的寬帶光通信係統已成為(wei) 很有潛力的研究方向，從(cong) 而推動了對大帶寬、高速光電子器件的迫切需求。然而，受限於(yu) 波導色散及電極速度失配等因素，當前集成光調製器在實現寬波長工作範圍方麵仍麵臨(lin) 顯著挑戰。為(wei) 突破這一瓶頸，研究團隊通過協同設計寬帶端麵耦合器、功率分束器以及高速行波電極，成功研製出一款覆蓋近紅外至中紅外的超大帶寬(800nm)高速薄膜铌酸鋰電光調製器。如圖1所示，該器件工作波長範圍為(wei) 1260–2060 nm，覆蓋O-U波段及2 μm波段。該調製器的研製不僅(jin) 拓展了全頻譜光通信係統的應用潛力，未來結合多波長光源與(yu) 多波段光放大器的集成，有望實現覆蓋從(cong) O波段至2 μm波段的寬帶光發射機。

圖1. 全頻譜範圍的薄膜铌酸鋰電光調製器。(a)拓展光通信係統的全頻譜範圍的概念與(yu) 架構，通過寬帶電光調製器、多波長光源、多波段光放大器、寬帶光纖和光電探測器來實現，插圖為(wei) 調製區域截麵;(b)製備的薄膜铌酸鋰電光調製器顯微鏡圖像，插圖為(wei) 端麵耦合器和功率分束器的電鏡圖像。

製備的寬帶薄膜铌酸鋰電光調製器具有優(you) 異的性能，在O-U波段均測得>67 GHz的3-dB帶寬，在2-μm波段測得>50 GHz的3-dB帶寬，其中在O-、S-、C-和L-波段(1310 nm、1485 nm、1550 nm、1590 nm)測得了~100 GHz的3-dB帶寬。另外，該調製器驗證了O-、E-、S-、C-、L-、U-和2-μm波段的高速信號傳(chuan) 輸，如圖2所示，1310 / 1450 / 1485 / 1550 / 1590 / 1653 / 1970 / 2000 nm波長下PAM-4信號的數據傳(chuan) 輸速率分別為(wei) 260 / 260 / 260 / 280 / 280 / 240 / 170 Gbps。這一成果首次在實驗上實現了全頻譜(O至U波段)單波長速率超過240 Gbps(PAM‑4信號)的光通信，同時在2‑μm波段實現的170 Gbps單波長速率也顯著突破了該波段以往的記錄。這一突破展現了大帶寬高速薄膜铌酸鋰電光調製器在構建超寬帶光通信係統中的變革性潛力，並將為(wei) 下一代數據中心及高性能計算設施持續增長的帶寬需求提供關(guan) 鍵技術支撐。

圖2. 數據傳(chuan) 輸測試結果。(a)高速數據傳(chuan) 輸測試裝置圖和OOK信號眼圖;(b)覆蓋近紅外至中紅外波段的一些典型波長下的PAM-4信號的誤碼率隨接收光功率變化關(guan) 係曲線，插圖為(wei) PAM-4信號眼圖;(c)OOK和PAM-4信號在不同波長下隨數據速率增加的誤碼率曲線;(d)誤碼率在HD-FEC閾值下的OOK和PAM-4信號的數據傳(chuan) 輸速率。

武漢光電國家研究中心博士研究生李啟元、衣啟源、武漢安湃光電有限公司潘安博士和複旦大學博士研究生孫奧龍為(wei) 論文共同第一作者，沈力副教授、曾成教授、張俊文教授和鄭軍(jun) 副研究員為(wei) 論文共同通訊作者。論文第一單位為(wei) 華中科技大學。該研究獲得國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金和湖北省光學基礎研究中心開放項目等的資助。