新型有机电光聚合物光调制器诞生，可用于下一代光学显示

2022-07-20 14:37

近期，美国国家信息通信技术研究所（NICT）的一个研究团队宣布，他们利用有机电光聚合物(以下简称EO聚合物)成功研制出一种用于可见光的高效光调制器。

据悉，传统的EO聚合物光调制器可以在近红外光(波长1550 nm等)下工作，但由于吸收损耗大，不能用于可见光(波长380 nm-780 nm)。而NICT开发出来的EO聚合物在可见光中吸收损失小，且具有用于光调制器所需的大电光系数。

研究人员利用这种EO聚合物，经微加工制备了一种光调制器，并在可见光(红色，波长640 nm)下进行操作，具备高速、低压的特性。结果显示，这种可见光光调制器相较传统的EO聚合物近红外光光调制器而言，不仅体积更小，效率也更高。

EO聚合物可见光光调制器原理图。输入光通过EO聚合物波导传播，输出与电信号对应的光信号。（图片来源：NICT）

当下，全球互联网流量的增长正不断催涨对高性能光网络的需求，而光调制器作为将电信号转换为光信号的关键器件，对于满足光网络性能提升而言具有重要意义。可惜的是，与传统的铌酸锂光调制器相比，EO聚合物光调制器目前的一大局限：它只能用于近红外光的光通信。

而NICT基于自身的精确测量技术和多年积累的庞大分子结构库的分子设计，成功地开发了一种在可见光下具有低吸收、高电光系数的环氧乙烷聚合物。通过将EO设计为短而刚性的分子结构，这种聚合物抑制了可见光下的吸收损失——该EO聚合物的吸收损失小于传统EO聚合物的1/20000，可用于可见光下。

NICT团队采用微细加工工艺，设计制作了马赫-曾德尔干涉仪结构。此外，考虑到在可见光下工作的波导尺寸必然比传统的近红外光光调制器小，他们采用了脊型波导——即使波导的宽度比较大，也能保证实现稳定的单模输出。

最后，研究人员在他们研制的光调制器中加入电信号，并对其调制性能进行评价。结果表明，在640 nm(红色)波长下，光调制器的优值系数为0.52 Vcm。这一结果不到传统优点的三分之一，达到了极大的效率(小体积和低驱动电压)。此外，其工作波长也明显比以前更短。

发表在《Optics Express》上的评论称，该研究成果为光束控制和显示技术的创新提供了一项开创性的成果。由于该光调制器可以控制传播光的相位，因此它能够用于光学相控阵（OPA）。

上述研究团队表示，这种EO聚合物可见光光调制器未来有望应用于立体显示器、智能眼镜等下一代显示设备。下一步，他们将继续推进用于下一代显示器的光学相控阵的研究开发，并且还将致力于开发用于绿色和蓝色的EO聚合物，进一步将其应用扩展到全彩色立体显示器。

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