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High polarization extinction ratio achieved base on thin-film lithium niobate
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作者 YANG Yong-Kang GUO Hong-Jie +5 位作者 CHEN Wen-Bin QU Bai-Ang YU Zhi-Guo TAN Man-Qing GUO Wen-Tao LIU Hai-Feng 《红外与毫米波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期827-831,共5页
This article introduces a method of achieving high polarization extinction ratio using a subwavelength grating structure on a lithium niobate thin film platform,and the chip is formed on the surface of the lithium nio... This article introduces a method of achieving high polarization extinction ratio using a subwavelength grating structure on a lithium niobate thin film platform,and the chip is formed on the surface of the lithium niobate thin film.The chip,with a length of just 20μm,achieved a measured polarization extinction ratio of 29 dB at 1550 nm wavelength.This progress not only proves the possibility of achieving a high extinction ratio on a lithium niobate thin film platform,but also offers important technical references for future work on polarization beam splitters,integrated fiber optic gyroscopes,and so on. 展开更多
关键词 lithium niobate thin film lithium niobate subwavelength grating polarization extinction ratio photonic integrated circuits
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低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展 被引量:1
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作者 林锦添 高仁宏 +3 位作者 管江林 黎春桃 姚妮 程亚 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第3期372-394,共23页
近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯... 近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯片的方向迅猛发展,为高速信息处理、精密测量、量子信息、人工智能等重要应用提供了全新的发展动力。本文主要围绕铌酸锂晶体发展历史、薄膜铌酸锂离子切片技术发展历程、极低损耗微纳刻蚀技术演化进程,以及高性能的薄膜铌酸锂光集成器件进展进行总结,并展望了未来的发展趋势。 展开更多
关键词 薄膜铌酸锂 微纳加工 光集成器件 非线性光学 电光调制器 光频梳
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晶圆级薄膜铌酸锂波导制备工艺与性能表征 被引量:2
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作者 叶志霖 李世凤 +5 位作者 崔国新 尹志军 王学斌 赵刚 胡小鹏 祝世宁 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第3期426-433,共8页
随着光子集成和光通信技术的快速发展,低损耗波导是实现高效光子传输的关键元件,其性能直接影响整个集成芯片的性能。因此,低损耗波导的制备技术是当前铌酸锂集成光子技术研究的热点和难点。本研究针对晶圆级低损耗薄膜铌酸锂波导的制... 随着光子集成和光通信技术的快速发展,低损耗波导是实现高效光子传输的关键元件,其性能直接影响整个集成芯片的性能。因此,低损耗波导的制备技术是当前铌酸锂集成光子技术研究的热点和难点。本研究针对晶圆级低损耗薄膜铌酸锂波导的制备工艺进行了深入研究,在4英寸的薄膜铌酸锂晶圆上,基于深紫外光刻和电感耦合等离子体刻蚀技术,成功制备出了传输损耗低于0.15 dB/cm的波导,同时刻蚀深度误差控制在10%以内,极大地提高了波导结构的精确度。此外,本研究还提出了一种基于微环谐振腔的晶圆上波导损耗的表征方案,能更精确地评估波导性能。通过测试,发现所制备的波导合格率超过85%,显示出良好的可重复性和可靠性。本文中发展的晶圆级薄膜铌酸锂加工工艺,对推进铌酸锂波导的大规模制备和应用具有重要意义。 展开更多
关键词 薄膜铌酸锂 晶圆级加工 波导损耗测量 深紫外光刻 ICP刻蚀 集成光子技术
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铌酸锂晶体的缺陷结构 被引量:2
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作者 刘宏德 王维维 +4 位作者 张中正 郑大怀 刘士国 孔勇发 许京军 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第3期355-371,共17页
铌酸锂是集电光、声光、压电和非线性等性能于一体的人工晶体,在光子学及光电子学等领域具有广泛的应用前景,被誉为“光学硅”或“光子学硅”。近年来随着基于薄膜铌酸锂的集成光子学的迅猛发展,铌酸锂晶体受到更加广泛的关注。然而铌... 铌酸锂是集电光、声光、压电和非线性等性能于一体的人工晶体,在光子学及光电子学等领域具有广泛的应用前景,被誉为“光学硅”或“光子学硅”。近年来随着基于薄膜铌酸锂的集成光子学的迅猛发展,铌酸锂晶体受到更加广泛的关注。然而铌酸锂是一种典型的非化学计量比晶体,其含有大量的本征缺陷,严重影响了晶体性能;同时,铌酸锂晶格对众多杂质离子都有良好的固溶性,而且晶体的性质随着杂质离子的种类和浓度不同产生显著变化。如同单晶硅等半导体材料的缺陷工程,缺陷已经并且必将继续对晶体的性能及铌酸锂集成光子学产生重要影响。本文对铌酸锂晶体的缺陷结构做了一个简要的回顾,尤其是近期涉及薄膜铌酸锂晶体的相关内容,涵盖了本征缺陷结构、非本征缺陷结构、缺陷结构的表征、缺陷结构的理论计算、缺陷结构与晶体性能的构效关系等方面,以期对当前的铌酸锂集成光子学研究贡献微薄之力。 展开更多
关键词 铌酸锂 缺陷结构 薄膜铌酸锂 集成光子学 构效关系
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一种并行多路薄膜铌酸锂电光调制器 被引量:2
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作者 杨鹏毅 《光通信研究》 北大核心 2024年第6期85-89,共5页
【目的】为了解决现有电光调制器体积大、集成度低和带宽小等技术问题,文章提出了一种并行多路薄膜铌酸锂电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器设计原理并分析了微波光传输链路增益和噪声系数指标。【方法】文章通过Lumeric... 【目的】为了解决现有电光调制器体积大、集成度低和带宽小等技术问题,文章提出了一种并行多路薄膜铌酸锂电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器设计原理并分析了微波光传输链路增益和噪声系数指标。【方法】文章通过Lumerical Interconnect光学仿真软件,给出了微波光传输链路的仿真模型,分析研究了调制器半波电压对链路增益和噪声系数指标的影响,并对40 GHz 4路集成薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标进行了测试。【结果】文章设计的4路集成薄膜铌酸锂电光调制器的插入损耗、半波电压、3 dB带宽和产品尺寸分别为4.5 dB、3.5 V、40 GHz和30 mm×20 mm×10 mm。使用薄膜铌酸锂电光调制器的微波光传输链路噪声系数约为30 dB。【结论】文章所提4路集成薄膜铌酸锂电光调制器比传统铌酸锂电光调制器性能更为优越。 展开更多
关键词 薄膜铌酸锂 电光调制器 并行多路 微波光传输 微波光子
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基于亚波长光栅辅助定向耦合器的集成铌酸锂偏振分束器 被引量:1
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作者 陈力 周旭东 +2 位作者 袁明瑞 肖恢芙 田永辉 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第3期465-471,共7页
绝缘体上铌酸锂(LNOI)是实现高速光子集成回路(PICs)的理想平台。通过充分利用铌酸锂(LN)的优势,LNOI平台能够实现高速电光和高效非线性光学集成器件。偏振分束器(PBS)作为分离和组合两种正交偏振光模式的关键无源器件之一,在实现片上... 绝缘体上铌酸锂(LNOI)是实现高速光子集成回路(PICs)的理想平台。通过充分利用铌酸锂(LN)的优势,LNOI平台能够实现高速电光和高效非线性光学集成器件。偏振分束器(PBS)作为分离和组合两种正交偏振光模式的关键无源器件之一,在实现片上偏振复用系统并提升光通信系统数据传输容量方面发挥着至关重要的作用。近年来,基于不同结构的PBS已经被成功实现,其中,基于亚波长光栅辅助定向耦合结构的PBS表现出优异的器件性能和紧凑的器件尺寸。本文基于氮化硅-铌酸锂异质集成的间接刻蚀方案,实现了一种亚波长光栅辅助定向耦合结构的高性能PBS。仿真结果表明,当波长在1500~1600 nm时,器件的偏振消光比均大于24.49 dB。实验数据进一步证实,当波长在1500~1580 nm时,器件偏振消光比均大于18.06 dB。 展开更多
关键词 薄膜铌酸锂集成光子学 氮化硅-铌酸锂 偏振调控器件 偏振分束器 亚波长光栅 定向耦合器
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基于X切薄膜铌酸锂的4×4 MMI耦合器的设计和制造
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作者 邓冶 李坚平 张振荣 《光通信技术》 北大核心 2024年第4期54-57,共4页
针对多模干涉(MMI)耦合器存在尺寸大、插入损耗高、工艺复杂的问题,在基于X切薄膜铌酸锂(X-cut TFLN)平台上设计了一种基于横电(TE)模式的4×4 MMI耦合器,采用三维时域有限差分(FDTD)方法对MMI区域长度及宽度进行仿真优化,最后根据... 针对多模干涉(MMI)耦合器存在尺寸大、插入损耗高、工艺复杂的问题,在基于X切薄膜铌酸锂(X-cut TFLN)平台上设计了一种基于横电(TE)模式的4×4 MMI耦合器,采用三维时域有限差分(FDTD)方法对MMI区域长度及宽度进行仿真优化,最后根据优化结果并利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀方法在该平台上制造4×4 MMI耦合器。仿真结果表明,优化后的4×4 MMI耦合器总插入损耗为0.36 dB,实际测量插入损耗为0.78 dB。 展开更多
关键词 薄膜铌酸锂 多模干涉耦合器 光子集成 低插入损耗 电感耦合等离子体刻蚀
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集成铌酸锂光子器件技术的研究进展 被引量:4
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作者 张涛 何杰 +2 位作者 胡少勤 许昕 张玉蕾 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第6期837-842,共6页
铌酸锂单晶薄膜(LNOI)具有透光光谱宽,折射率高,二阶非线性高及压电响应大等优点,是一种重要的集成光子学基础材料。LNOI材料具有亚波长尺度的光约束和光电器件的高密度集成能力,能够实现具有更高性能、更低成本的全新器件及应用,给光... 铌酸锂单晶薄膜(LNOI)具有透光光谱宽,折射率高,二阶非线性高及压电响应大等优点,是一种重要的集成光子学基础材料。LNOI材料具有亚波长尺度的光约束和光电器件的高密度集成能力,能够实现具有更高性能、更低成本的全新器件及应用,给光通信和微波光子学带来革命性的变革。该文重点综述了LNOI的制备技术、LNOI电光调制器、LNOI声光调制器和LNOI电光频率梳的最新研究进展,简要讨论了铌酸锂光子器件在制作工艺和系统实现中面临的挑战。 展开更多
关键词 绝缘体上铌酸锂 集成光子器件 铌酸锂单晶薄膜(LNOI)电光调制器 铌酸锂单晶薄膜(LNOI)声光调制器 铌酸锂单晶薄膜(LNOI)光学频率梳
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铌酸锂薄膜调制器的协同仿真与优化设计
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作者 杨登才 陈雨康 +4 位作者 王云新 向美华 陈智宇 刘萍萍 兰天 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期565-572,共8页
电光调制器的半波电压和带宽主要取决于其电极结构,基于绝缘体上铌酸锂(lithium niobate on insulator, LNOI)结构调制器波导与基底折射率差为传统工艺的10倍左右,能够大幅提高光场和电场的重叠度,降低调制器的半波电压,提升调制带宽.... 电光调制器的半波电压和带宽主要取决于其电极结构,基于绝缘体上铌酸锂(lithium niobate on insulator, LNOI)结构调制器波导与基底折射率差为传统工艺的10倍左右,能够大幅提高光场和电场的重叠度,降低调制器的半波电压,提升调制带宽.当前迫切需要针对这一新型调制结构的电极进行优化设计.应用COMSOL Multiphysic和HFSS软件对LNOI结构的强度调制器进行协同仿真和优化设计.主要讨论了电极宽度、电极厚度、电极间距和上下包层厚度对调制器特性参数的影响,得到了调制器的电光重叠积分、微波折射率、微波衰减系数和电极特性阻抗等参数.在此基础上,通过约束算法优化设计这些性能参数达到提高带宽和降低半波电压的目的.结果表明,在电极长度为1 cm的情况下,半波电压约为2.17 V,3 dB带宽大于70 GHz.该研究工作对基于LNOI结构的电光调制器的电极设计具有重要的指导意义. 展开更多
关键词 协同仿真 薄膜铌酸锂 行波电极 相速匹配 重叠积分 电极结构参数
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基于铌酸锂光子线的极化分裂器的设计和仿真 被引量:1
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作者 薛赞 陈迪 陈明 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期694-696,共3页
为了设计一种基于铌酸锂光子线的极化分裂器,采用基于有限元法的电磁仿真软件,对该器件进行了优化和仿真分析,得到了结构尺寸紧凑的设计结果。同时考虑到常规工艺误差的影响,分析了波导宽度变化对器件的透射率的影响。结果表明,极化分... 为了设计一种基于铌酸锂光子线的极化分裂器,采用基于有限元法的电磁仿真软件,对该器件进行了优化和仿真分析,得到了结构尺寸紧凑的设计结果。同时考虑到常规工艺误差的影响,分析了波导宽度变化对器件的透射率的影响。结果表明,极化分裂器的带宽、能量透过率与波导耦合长度有着紧密的联系。 展开更多
关键词 集成光学 极化分裂器 铌酸锂光子线 带宽
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基于电感耦合等离子体刻蚀的LNOI脊形微结构制备 被引量:1
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作者 吴玉航 杨忠华 +4 位作者 孟雪飞 宋泽乾 刘文 罗文博 张万里 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第2期239-242,共4页
铌酸锂(LiNbO 3,LN)是一种广泛使用的介电材料,由于其电光系数大,透明范围大,本征带宽宽,因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好,刻蚀速率慢,其微结构参数难以控制。针对以上问题,该文开展... 铌酸锂(LiNbO 3,LN)是一种广泛使用的介电材料,由于其电光系数大,透明范围大,本征带宽宽,因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好,刻蚀速率慢,其微结构参数难以控制。针对以上问题,该文开展了基于电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)的LNOI脊形微结构的制备工艺研究,分析了腔室压强、气体总流量及刻蚀功率等参数对刻蚀速率、刻蚀倾角和表面粗糙度(RMS)的影响。研究表明,在优化的工艺条件下,LNOI薄膜的刻蚀速率达到24.9 nm/min,制备出刻蚀深度249 nm、刻蚀倾角76°、表面粗糙度(RMS)0.716 nm的LNOI脊形微结构。该文通过对刻蚀工艺与微观结构参数的研究,建立了基于ICP的LNOI微结构刻蚀方法,为控制LNOI脊形光波导和提升性能提供了工艺支撑。 展开更多
关键词 绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI) 集成光子学 脊形结构 电感耦合等离子体刻蚀 微结构参数
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高效铌酸锂薄膜波导模斑转换器设计 被引量:1
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作者 丁国建 王晓晖 +4 位作者 冯琦 于萍 贾海强 陈弘 汪洋 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期273-281,共9页
铌酸锂薄膜光子集成技术在高速光电子领域不断凸显,被广泛用于各种片上功能实现,如电光调制、光频梳、滤波器、非线性光学频率转换器、非线性量子光源、激光器等。在铌酸锂薄膜光子集成技术发展过程中,目前面临的一个重要的技术瓶颈就... 铌酸锂薄膜光子集成技术在高速光电子领域不断凸显,被广泛用于各种片上功能实现,如电光调制、光频梳、滤波器、非线性光学频率转换器、非线性量子光源、激光器等。在铌酸锂薄膜光子集成技术发展过程中,目前面临的一个重要的技术瓶颈就是铌酸锂薄膜纳米波导与单模光纤的高效耦合。针对这一问题,设计了一种基于SiO_(2)、SiON锥形结构以及双层铌酸锂锥形结构的模斑转换器,实现铌酸锂薄膜纳米波导与单模光纤之间模式和能量的高效传递与转换。采用三维有限差分光束传播法对器件结构进行了模拟仿真,并优化了结构参数,可实现与铌酸锂薄膜波导与单模光纤的高效耦合,耦合效率在82.2%~89.0%之间,同时,得到了±1.8μm光纤耦合对准容差,可为下一步制备出高效耦合的铌酸锂薄膜光子器件提供参考。 展开更多
关键词 集成光学 模斑转换器 三维有限差分光束传播法 铌酸锂薄膜 耦合效率 单模光纤
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高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器(特邀) 被引量:5
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作者 孙时豪 蔡鑫伦 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期22-24,共3页
硅基光子集成平台因其高集成度、CMOS工艺兼容性等特点在光通信领域受到了广泛的关注,而电光调制器作为光通信系统中最为重要的器件之一,承担着将电信号加载至光信号上的关键作用,为打破硅基调制器的性能限制,可利用硅和铌酸锂的大面积... 硅基光子集成平台因其高集成度、CMOS工艺兼容性等特点在光通信领域受到了广泛的关注,而电光调制器作为光通信系统中最为重要的器件之一,承担着将电信号加载至光信号上的关键作用,为打破硅基调制器的性能限制,可利用硅和铌酸锂的大面积键合技术以及铌酸锂低损耗波导刻蚀技术实现高性能硅和铌酸锂异质集成薄膜电光调制器,目前该类调制器的性能可达半波电压3 V,3 dB电光带宽超过70 GHz,插入损耗小于1.8 dB,消光比大于40 dB。文中对比了硅和铌酸锂异质集成调制器的研究现状并介绍了该异质集成薄膜调制器的结构设计与工艺实现方法。 展开更多
关键词 光通信 硅基光子学 硅和铌酸锂异质集成 薄膜电光调制器
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铌酸锂电光调制器的研究进展 被引量:5
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作者 喻千尘 梁雪瑞 马卫东 《光通信技术》 北大核心 2020年第4期37-39,共3页
随着5G技术的飞速发展,高速光通信网络的建设迫在眉睫,而铌酸锂电光调制器是高速光通信中信号调制系统的重要组成部分,提高铌酸锂电光调制器的性能是高速信号调制技术进一步发展的基础。从铌酸锂电光调制器市场情况出发,总结了近年来铌... 随着5G技术的飞速发展,高速光通信网络的建设迫在眉睫,而铌酸锂电光调制器是高速光通信中信号调制系统的重要组成部分,提高铌酸锂电光调制器的性能是高速信号调制技术进一步发展的基础。从铌酸锂电光调制器市场情况出发,总结了近年来铌酸锂电光调制器在各方面可行的改进和研究,比较了各种研究成果,探讨了几种改进方法的优缺点,并进行了相应的实验研究,指出了硅基集成铌酸锂电光调制器在未来通信系统中的远大应用前景。 展开更多
关键词 铌酸锂 电光调制器 集成光子学 小尺度
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铌酸锂晶体的光折变效应 被引量:2
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作者 郑大怀 张宇琦 +5 位作者 王烁琳 刘宏德 刘士国 孔勇发 薄方 许京军 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第9期1626-1642,共17页
铌酸锂(LiNbO_(3),LN)是一种多功能多用途的人工晶体,被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速,有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度,使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光... 铌酸锂(LiNbO_(3),LN)是一种多功能多用途的人工晶体,被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速,有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度,使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光折变效应是光致折射率变化的简称,是非线性光学的重要组成部分。本文回顾了铌酸锂晶体光折变效应的发现和机理、不同掺杂及掺杂组合对光折变效应的调控,重点介绍了铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变性能及相关理论和实验结果,概述了铌酸锂光折变波导和孤子,及基于LNOI的集成光子学器件中的光折变效应,并对未来的研究趋势进行了展望。期待我国发挥铌酸锂光折变研究及LNOI产业化的优势,在光子学芯片的竞争中占据主导地位。 展开更多
关键词 铌酸锂晶体 光折变效应 机制 掺杂 全息存储及显示 集成光子学
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基于光电混合集成的四通道外调电/光转换组件 被引量:2
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作者 吕晓萌 伍艺龙 +4 位作者 赵炳旭 张童童 许玮华 廖翱 刘洋志 《光通信技术》 2021年第2期51-54,共4页
由于单片级集成技术面临开发成本高、周期长等问题,提出一种基于光电混合集成封装的四通道外调电/光转换组件。该组件利用光电混合集成技术,采用空间光学透镜耦合代替原有光纤互连方式、传输微带代替传统电缆互连方式、金丝/金带代替传... 由于单片级集成技术面临开发成本高、周期长等问题,提出一种基于光电混合集成封装的四通道外调电/光转换组件。该组件利用光电混合集成技术,采用空间光学透镜耦合代替原有光纤互连方式、传输微带代替传统电缆互连方式、金丝/金带代替传统低频导线方式以及微组装工艺实现多专业裸芯片一体化气密封装代替分离组件混合装配方式,从而达到大幅度压缩体积、提高集成度的目的。测试结果表明:该组件实现了四通道2~18 GHz的电/光转换功能,波长序列满足8个信道200 GHz通道间隔要求,射频指标S21值为-4 dB±3 dB,驻波小于1.5,噪声系数小于23 dB。 展开更多
关键词 微波光子学 光电混合集成 铌酸锂调制器 外调制
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一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器 被引量:2
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作者 杨鹏毅 李韬 姚宗影 《光通信技术》 2023年第1期73-76,共4页
针对传统铌酸锂电光调制器体积大、带宽小等技术问题,提出了一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器高频传输仿真模型,详细介绍了薄膜铌酸锂电光调制器的高频信号馈入设计、过渡薄膜基板... 针对传统铌酸锂电光调制器体积大、带宽小等技术问题,提出了一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器的设计方法,给出了薄膜铌酸锂电光调制器高频传输仿真模型,详细介绍了薄膜铌酸锂电光调制器的高频信号馈入设计、过渡薄膜基板高频阻抗匹配设计,并测试了40 GHz小尺寸薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标。测试结果表明:设计的薄膜铌酸锂电光调制器插入损耗、半波电压、3 dB带宽、产品尺寸分别为4.1 dB、3.9 V、40 GHz、30 mm×10 mm×5 mm,比传统铌酸锂电光调制器性能优越。 展开更多
关键词 薄膜铌酸锂 电光调制器 光传输 微波光子
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