Modulator elektro-optik i integruar më i lartë i niobatit të litiumit me film të hollë

Linearitet i lartëmodulator elektro-optikdhe aplikimi i fotoneve me mikrovalë
Me kërkesat në rritje të sistemeve të komunikimit, me qëllim përmirësimin e mëtejshëm të efikasitetit të transmetimit të sinjaleve, njerëzit do të bashkojnë fotonet dhe elektronet për të arritur avantazhe plotësuese, dhe do të lindë fotonika me mikrovalë. Modulatori elektro-optik është i nevojshëm për shndërrimin e energjisë elektrike në dritë nësistemet fotonike me mikrovalë, dhe ky hap kyç zakonisht përcakton performancën e të gjithë sistemit. Meqenëse konvertimi i sinjalit të frekuencës radio në domenin optik është një proces sinjali analog, dhe i zakonshëmmodulatorë elektro-optikëMeqenëse kanë jolinearitet të natyrshëm, ka shtrembërim serioz të sinjalit në procesin e konvertimit. Për të arritur modulim linear të përafërt, pika e funksionimit të modulatorit zakonisht fiksohet në pikën e polarizimit ortogonal, por prapëseprapë nuk mund të përmbushë kërkesat e lidhjes së fotonit me mikrovalë për linearitetin e modulatorit. Modulatorët elektro-optikë me linearitet të lartë janë urgjentisht të nevojshëm.

Modulimi i indeksit të thyerjes me shpejtësi të lartë të materialeve të silikonit zakonisht arrihet nga efekti i shpërndarjes së plazmës së bartësit të lirë (FCD). Si efekti FCD ashtu edhe modulimi i kryqëzimit PN janë jolineare, gjë që e bën modulatorin e silikonit më pak linear sesa modulatori i niobatit të litiumit. Materialet e niobatit të litiumit shfaqin performancë të shkëlqyer.modulim elektro-optikVetitë për shkak të efektit të tyre Pucker. Në të njëjtën kohë, materiali niobat litiumi ka avantazhet e gjerësisë së gjerë, karakteristikave të mira të modulimit, humbjeve të ulëta, integrimit të lehtë dhe pajtueshmërisë me procesin gjysmëpërçues, përdorimi i niobatit të litiumit me film të hollë për të bërë modulator elektro-optik me performancë të lartë, krahasuar me silikonin pothuajse asnjë "pllakë të shkurtër", por gjithashtu për të arritur linearitet të lartë. Modulatori elektro-optik i niobatit të litiumit me film të hollë (LNOI) në izolator është bërë një drejtim premtues zhvillimi. Me zhvillimin e teknologjisë së përgatitjes së materialit të niobatit të litiumit me film të hollë dhe teknologjisë së gdhendjes me valëudhëzues, efikasiteti i lartë i konvertimit dhe integrimi më i lartë i modulatorit elektro-optik të niobatit të litiumit me film të hollë është bërë fusha e akademisë dhe industrisë ndërkombëtare.

Karakteristikat e niobatit të litiumit me film të hollë
Në Shtetet e Bashkuara, planifikimi i DAP AR ka bërë vlerësimin e mëposhtëm të materialeve të niobatit të litiumit: nëse qendra e revolucionit elektronik emërtohet sipas materialit të silikonit që e bën të mundur këtë, atëherë vendlindja e revolucionit fotonik ka të ngjarë të emërtohet sipas niobatit të litiumit. Kjo ndodh sepse niobati i litiumit integron efektin elektro-optik, efektin akusto-optik, efektin piezoelektrik, efektin termoelektrik dhe efektin fotorefraktiv në një, ashtu si materialet e silikonit në fushën e optikës.

Për sa i përket karakteristikave të transmetimit optik, materiali InP ka humbjen më të madhe të transmetimit në çip për shkak të thithjes së dritës në brezin 1550nm që përdoret zakonisht. SiO2 dhe nitridi i silikonit kanë karakteristikat më të mira të transmetimit, dhe humbja mund të arrijë nivelin prej ~ 0.01dB/cm; Aktualisht, humbja e valëpërçuesit të valëpërçuesit të niobatit të litiumit me film të hollë mund të arrijë nivelin prej 0.03dB/cm, dhe humbja e valëpërçuesit të niobatit të litiumit me film të hollë ka potencialin të zvogëlohet më tej me përmirësimin e vazhdueshëm të nivelit teknologjik në të ardhmen. Prandaj, materiali i niobatit të litiumit me film të hollë do të tregojë performancë të mirë për strukturat pasive të dritës, siç janë rruga fotosintetike, shunt-i dhe mikrounaza.

Për sa i përket gjenerimit të dritës, vetëm InP ka aftësinë të emetojë dritë direkt; Prandaj, për aplikimin e fotoneve të mikrovalëve, është e nevojshme të futet burimi i dritës i bazuar në InP në çipin e integruar fotonik të bazuar në LNOI me anë të saldimit me ngarkesë prapa ose rritjes epitaksiale. Për sa i përket modulimit të dritës, është theksuar më sipër se materiali niobat litium me film të hollë është më i lehtë për të arritur një gjerësi bande më të madhe modulimi, tension më të ulët gjysmëvalor dhe humbje më të ulët transmetimi sesa InP dhe Si. Për më tepër, lineariteti i lartë i modulimit elektro-optik të materialeve niobat litium me film të hollë është thelbësor për të gjitha aplikimet e fotoneve të mikrovalëve.

Për sa i përket drejtimit optik, përgjigja elektro-optike me shpejtësi të lartë e materialit niobat litiumi me film të hollë e bën çelësin optik të bazuar në LNOI të aftë për ndërrim drejtimi optik me shpejtësi të lartë, dhe konsumi i energjisë i një ndërrimi të tillë me shpejtësi të lartë është gjithashtu shumë i ulët. Për aplikimin tipik të teknologjisë së fotoneve të integruara me mikrovalë, çipi i formuar nga rrezet optike i kontrolluar ka aftësinë e ndërrimit me shpejtësi të lartë për të përmbushur nevojat e skanimit të shpejtë të rrezes, dhe karakteristikat e konsumit ultra të ulët të energjisë janë përshtatur mirë me kërkesat strikte të sistemit të vargjeve fazore në shkallë të gjerë. Megjithëse çelësi optik i bazuar në InP mund të realizojë edhe ndërrim të rrugës optike me shpejtësi të lartë, ai do të sjellë zhurmë të madhe, veçanërisht kur çelësi optik shumënivelësh është i kaskaduar, koeficienti i zhurmës do të përkeqësohet seriozisht. Materialet e silikonit, SiO2 dhe nitridit të silikonit mund të ndërrojnë rrugët optike vetëm përmes efektit termo-optik ose efektit të shpërndarjes së bartësve, i cili ka disavantazhet e konsumit të lartë të energjisë dhe shpejtësisë së ngadaltë të ndërrimit. Kur madhësia e vargut të vargut të fazuar është e madhe, ai nuk mund të përmbushë kërkesat e konsumit të energjisë.

Për sa i përket amplifikimit optik,amplifikator optik gjysmëpërçues (SOA) bazuar në InP ka qenë i pjekur për përdorim komercial, por ka disavantazhet e koeficientit të lartë të zhurmës dhe fuqisë së ulët të daljes së ngopjes, gjë që nuk është e favorshme për aplikimin e fotoneve mikrovalë. Procesi i amplifikimit parametrik të valëpërçuesit të niobatit të litiumit me film të hollë bazuar në aktivizimin dhe përmbysjen periodik mund të arrijë amplifikim optik në çip me zhurmë të ulët dhe fuqi të lartë, i cili mund të përmbushë mirë kërkesat e teknologjisë së fotoneve të integruara të mikrovalëve për amplifikimin optik në çip.

Për sa i përket zbulimit të dritës, niobati i litiumit me film të hollë ka karakteristika të mira transmetimi ndaj dritës në brezin 1550 nm. Funksioni i konvertimit fotoelektrik nuk mund të realizohet, kështu që për aplikimet e fotoneve me mikrovalë, për të përmbushur nevojat e konvertimit fotoelektrik në çip. Njësitë e zbulimit InGaAs ose Ge-Si duhet të futen në çipat e integruar fotonikë të bazuar në LNOI me anë të saldimit me ngarkesë prapa ose rritjes epitaksiale. Për sa i përket çiftëzimit me fibra optike, për shkak se vetë fibra optike është material SiO2, fusha e modës së valëpërçuesit SiO2 ka shkallën më të lartë të përputhjes me fushën e modës së fibrës optike, dhe çiftëzimi është më i përshtatshmi. Diametri i fushës së modës së valëpërçuesit fort të kufizuar të niobatit të litiumit me film të hollë është rreth 1μm, që është mjaft i ndryshëm nga fusha e modës së fibrës optike, kështu që duhet të kryhet transformimi i duhur i pikës së modës për t'u përputhur me fushën e modës së fibrës optike.

Për sa i përket integrimit, nëse materiale të ndryshme kanë një potencial të lartë integrimi varet kryesisht nga rrezja e lakimit të valëpërçuesit (e ndikuar nga kufizimi i fushës së modalitetit të valëpërçuesit). Valëpërçuesi me kufizim të fortë lejon një rreze më të vogël lakimi, e cila është më e favorshme për realizimin e integrimit të lartë. Prandaj, valëpërçuesit e niobatit të litiumit me film të hollë kanë potencialin për të arritur integrim të lartë. Prandaj, shfaqja e niobatit të litiumit me film të hollë bën të mundur që materiali i niobatit të litiumit të luajë vërtet rolin e "silicit" optik. Për aplikimin e fotoneve të mikrovalëve, avantazhet e niobatit të litiumit me film të hollë janë më të dukshme.