本文是关于“高调制效率的薄膜铌酸锂电光调制器设计”的详细研究报告，主要提出了通过创新结构设计来提升薄膜铌酸锂（TFLN）电光调制器性能的方法。以下是核心内容的分点总结：

研究背景与动机：

电光调制器需求：随着卫星数据链、量子信息处理和5G等领域的快速发展，对高电光调制带宽、低功耗和低成本的电光调制器需求日益迫切。

现有技术局限：传统块状铌酸锂、硅和三五族化合物等材料在调制效率、电光带宽等方面存在局限。

TFLN的优势：薄膜铌酸锂的制备成功及纳米制造技术的突破，为调制器实现高带宽、低功耗和低成本提供了可能。

研究目标：

突破性能瓶颈：解决传统TFLN电光调制器中效率、损耗与带宽相互制约的问题。

设计高调制效率TFLN电光调制器：通过创新结构设计，提升调制效率，同时保持低光损耗和高带宽。

设计原理与结构：

整体结构：调制器分为光学部分（多模干涉仪和马赫-曾德尔干涉仪）和电学部分（电容负载式行波电极）。

下沉电极设计：将脊波导精确置于电极中心位置以增强电场，同时减少光吸收损耗。

双电容结构：通过上下双电容结构增强电场强度，同时保持低光损耗。

高介电常数包层：在电极与脊波导之间加入二氧化硅保护层和钛酸钡高介电常数包层，以增强电场并减少光损耗。

关键参数与优化：

光电重叠因子：通过调整电极参数优化光电重叠因子，提升调制效率。

脊波导几何尺寸：通过有限元仿真分析，确定最优的脊波导高度和宽度，以获得最大调制效率。

电极参数优化：对上电极宽度、下电极间隔、中心电极宽度等参数进行系统分析，以实现阻抗匹配、速度匹配和低微波损耗。

性能分析与仿真结果：

光电重叠因子提升：仿真结果显示，新结构使光电重叠因子提升至0.32，电场强度增强1.8倍。

半波电压长度积降低：在0.2 dB/cm光损耗下，半波电压长度积降至1.42 V·cm。

电光带宽提升：3-dB电光带宽超过60 GHz，显著优于传统结构。

与现有技术对比：

综合性能提升：相较于现有技术，本设计在保持超低光损耗的同时，实现了更低的半波电压长度积和更高的电光带宽。

调制效率提升：与同类低损耗器件相比，本设计的调制效率提升了30-45%，同时维持了优异的带宽特性。

未来研究方向：

异质集成方法：探索异质集成等新方法，以持续优化器件性能并降低制造成本。