随着5G时代的到来，光纤通信对高速、大容量数据传输的需求日益迫切。电光调制器作为光通信的核心器件，其性能高度依赖于材料的电光系数、响应速度和稳定性。然而，传统材料（如铌酸锂）受限于低电光系数和高驱动电压，难以满足未来超高速通信的需求。
2025年5月12日，williamhill中文傅邱云教授、董文副研究员团队在《Light: Science & Applications》发表综述文章《Advancing Inorganic Electro-Optical Materials for 5G Communications》，系统总结了无机电光材料的研究进展，揭示了铁电极化与电光效应的内在关联，并提出了未来高性能材料的设计方向。
随着未来科学技术的加速发展，人们需要具有大量EO系数、出色透光率和稳定物理化学性质的电光材料，以及能够更快调制、降低损耗和更小外形尺寸的电光调节器。本工作深入研究了无机电光材料，以EO效应和调制的基本原理为基础，全面回顾了空间EO调制材料和电光薄膜的研究工作。此外，还对最近发现的CMOS兼容非钙钛矿无机铁电材料所表现出的基本铁电性能和EO效应进行了深入分析。具体研究内容和结论如下：目前，基于LNO的调制器在高速EO调制器市场占据主导地位。然而，它们有限的EO系数限制了使用块铌酸锂的商用调制器的性能，从而导致更大的尺寸、更高的驱动电压。用于下一代EO材料的无机光学材料的开发，特别是用于硅芯片级集成的无机光学材料，预计将集中在BTO和PZT上，它们表现出更高的EO系数。 本工作提出了两个主要方向：首先，进一步深入铁电极化于电光效应关联机制理论和实验层面研究，特别是铁电材料极化响应动力学调制与电场调制下光折射率之间的内在关系，包括更高精度的第一性原理计算和相场模拟等理论方法和极化结构超快动力学表征等；其次，进行包含电场方向、铁电极化方向、光场方向多物理场器件仿真，关联薄膜材料内在极化结构的电学和光学行为，实现器件的精心仿真设计，优化器件性能；最后，彻底调研光传输中无机材料的损耗、器件插入损耗和稳定性特性，寻找改善的方法。最终目标是实现可能能够替代LNO的下一代无机EO材料的预测和探索。希望此篇综述能够促进此领域的进一步发展。
本工作对钙钛矿基铁电EO材料以及新兴的CMOS兼容无机非钙钛矿对应物的进展进行了回顾，突出了对铁电和EO调制器的普遍关注。另外，我们还提及了一些新兴二元EO材料，如HfO2、ZnO和AlN及它们的电光效应。
本工作还提出未来突破方向，以解决铁电材料电光系数的理论预测与实验值仍存在量级差异（如BTO理论值45 pm/V vs.实验值923 pm/V）并且流行的材料也仍然存在局限性（LNO制备复杂，BTO二次电光系数较低）的问题。
关于无机铁电体电光（EO）机制及性能优化的未来研究方向
团队与平台
本研究由williamhill中文、功能陶瓷教育部工程研究中心、武汉光电国家研究中心、联合完成。团队长期致力于铁电电光机制和器件集成研究，近年来在《Light: Science & Application》《Materials Today》《Journal of Advanced Ceramics》《Ceramics International》等期刊发表电光材料及器件系列突破性成果。董文副研究员表示：“通过跨尺度结构设计与动态调控，我们有望在未来5年内实现电光调制器的性能倍增与成本减半，铁电材料大有可为。
