Modulator elektro-optik i litium niobat me film të hollë të integruar më të lartë

Linearitet i lartëmodulator elektro-optikdhe aplikimi i fotonit në mikrovalë
Me kërkesat në rritje të sistemeve të komunikimit, për të përmirësuar më tej efikasitetin e transmetimit të sinjaleve, njerëzit do të bashkojnë fotone dhe elektrone për të arritur avantazhe plotësuese dhe do të lindë fotonika me mikrovalë.Modulatori elektro-optik nevojitet për shndërrimin e energjisë elektrike në dritësistemet fotonike me mikrovalë, dhe ky hap kyç zakonisht përcakton performancën e të gjithë sistemit.Meqenëse shndërrimi i sinjalit të radiofrekuencës në domen optik është një proces sinjali analog dhe i zakonshëmmodulatorët elektro-optikëkanë jolinearitet të natyrshëm, ka shtrembërim serioz të sinjalit në procesin e konvertimit.Për të arritur modulimin e përafërt linear, pika e funksionimit të modulatorit zakonisht fiksohet në pikën e paragjykimit ortogonal, por ende nuk mund të plotësojë kërkesat e lidhjes fotonike të mikrovalës për linearitetin e modulatorit.Nevojitet urgjentisht modulatorët elektro-optikë me linearitet të lartë.

Modulimi i indeksit të thyerjes me shpejtësi të lartë të materialeve të silikonit zakonisht arrihet nga efekti i shpërndarjes së plazmës me bartës të lirë (FCD).Si efekti FCD ashtu edhe modulimi i kryqëzimit PN janë jolineare, gjë që e bën modulatorin e silikonit më pak linear se modulatori i niobatit të litiumit.Materialet e niobatit të litiumit janë të shkëlqyeramodulimi elektro-optikvetitë për shkak të efektit të tyre Pucker.Në të njëjtën kohë, materiali i niobatit të litiumit ka avantazhet e gjerësisë së madhe të brezit, karakteristikave të mira të modulimit, humbjes së ulët, integrimit të lehtë dhe përputhshmërisë me procesin gjysmëpërçues, përdorimin e niobatit të litiumit me film të hollë për të bërë modulator elektro-optik me performancë të lartë, krahasuar me silikonin. pothuajse asnjë "pjatë e shkurtër", por edhe për të arritur linearitet të lartë.Moduluesi elektro-optik i niobatit të litiumit me film të hollë (LNOI) në izolant është bërë një drejtim zhvillimi premtues.Me zhvillimin e teknologjisë së përgatitjes së materialit të niobatit të litiumit të filmit të hollë dhe teknologjisë së gravimit të valëve, efikasiteti i lartë i konvertimit dhe integrimi më i lartë i modulatorit elektro-optik të niobatit të litiumit të filmit të hollë është bërë fusha e akademisë dhe industrisë ndërkombëtare.

Karakteristikat e niobatit të litiumit me film të hollë
Në Shtetet e Bashkuara, planifikimi 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, atëherë vendlindja e revolucionit fotonik ka të ngjarë të emërohet sipas niobatit të litiumit. .Kjo është për shkak se niobati i litiumit integron efektin elektro-optik, efektin akusto-optik, efektin piezoelektrik, efektin termoelektrik dhe efektin fotorefraktues 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 përthithjes së dritës në brezin e përdorur zakonisht 1550 nm.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 valëve të niobatit të litiumit me shtresë të hollë mund të arrijë nivelin e 0.03 dB/cm, dhe humbja e përcjellësit valësor niobat litium me shtresë të hollë ka potencialin të reduktohet më tej me përmirësimin e vazhdueshëm të nivelit teknologjik në e ardhmja.Prandaj, materiali i niobatit të litiumit me film të hollë do të tregojë performancë të mirë për strukturat e dritës pasive, siç janë rruga fotosintetike, shunt dhe mikroring.

Për sa i përket gjenerimit të dritës, vetëm InP ka aftësinë të emetojë drejtpërdrejt dritë;Prandaj, për aplikimin e fotoneve me mikrovalë, 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 ose rritjes epitaksiale.Për sa i përket modulimit të dritës, është theksuar më lart se materiali i niobatit të litiumit me film të hollë është më i lehtë për të arritur një gjerësi më të madhe të modulimit, tension më të ulët gjysmë-valë dhe humbje më të ulët të transmetimit sesa InP dhe Si.Për më tepër, lineariteti i lartë i modulimit elektro-optik të materialeve të niobatit të litiumit me film të hollë është thelbësor për të gjitha aplikimet e fotoneve me mikrovalë.

Për sa i përket rrugëzimit optik, përgjigja elektro-optike me shpejtësi të lartë e materialit niobat litium me film të hollë e bën çelësin optik me bazë LNOI të aftë për ndërrimin e rrugës optike 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 integruar të fotoneve me mikrovalë, çipi i formimit të rrezeve të kontrolluar optikisht ka aftësinë e ndërrimit me shpejtësi të lartë për të përmbushur nevojat e skanimit të shpejtë të rrezeve, dhe karakteristikat e konsumit ultra të ulët të energjisë përshtaten mirë me kërkesat strikte të -Sistemi i grupit me faza në shkallë.Megjithëse çelësi optik i bazuar në InP mund të realizojë gjithashtu ndërrimin e rrugës optike me shpejtësi të lartë, ai do të sjellë zhurmë të madhe, veçanërisht kur ndërprerësi optik me shumë nivele është në kaskadë, koeficienti i zhurmës do të përkeqësohet seriozisht.Materialet e silikonit, SiO2 dhe nitridit të silikonit mund të ndërrojnë shtigjet optike vetëm përmes efektit termo-optik ose efektit të shpërndarjes së bartësit, i cili ka disavantazhet e konsumit të lartë të energjisë dhe shpejtësisë së ngadaltë të kalimit.Kur madhësia e grupit të grupit me faza është e madhe, ajo nuk mund të plotësojë kërkesat e konsumit të energjisë.

Për sa i përket amplifikimit optik,përforcues optik gjysmëpërçues (SOA) bazuar në InP ka qenë e pjekur për përdorim komercial, por ka disavantazhet e koeficientit të lartë të zhurmës dhe fuqisë dalëse të ngopjes së ulët, e cila nuk është e favorshme për aplikimin e fotoneve me mikrovalë.Procesi i amplifikimit parametrik i përcjellësit valësor niobat litium me film të hollë bazuar në aktivizimin dhe përmbysjen periodike mund të arrijë amplifikimin optik të zhurmës së ulët dhe fuqisë së lartë në çip, i cili mund të përmbushë mirë kërkesat e teknologjisë së integruar të fotoneve me mikrovalë për amplifikimin optik në çip.

Për sa i përket zbulimit të dritës, niobati i litiumit me film të hollë ka karakteristika të mira transmetimi në dritë në brezin 1550 nm.Funksioni i shndërrimit fotoelektrik nuk mund të realizohet, kështu që për aplikimet e fotoneve me mikrovalë, në mënyrë që të plotësohen nevojat e konvertimit fotoelektrik në çip.Njësitë e zbulimit InGaAs ose Ge-Si duhet të futen në çipa të integruar fotonik të bazuar në LNOI me saldim me ngarkesë ose rritje epitaksiale.Për sa i përket bashkimit me fibër optike, sepse vetë fibra optike është material SiO2, fusha e modalitetit të valëve SiO2 ka shkallën më të lartë të përputhjes me fushën e modalitetit të fibrës optike, dhe bashkimi është më i përshtatshmi.Diametri i fushës së modalitetit të udhërrëfyesit të valës së kufizuar fort të niobatit të litiumit me film të hollë është rreth 1μm, i cili është mjaft i ndryshëm nga fusha e modalitetit të fibrës optike, kështu që duhet të kryhet transformimi i duhur i pikës së modalitetit që të përputhet me fushën e modalitetit të fibrës optike.

Për sa i përket integrimit, nëse materiale të ndryshme kanë një potencial të lartë integrimi varet kryesisht nga rrezja e përkuljes së valëmarrësit (e ndikuar nga kufizimi i fushës së modalitetit të valëve).Drejtuesi i valës së kufizuar fort lejon një rreze më të vogël përkuljeje, e cila është më e favorshme për realizimin e integrimit të lartë.Prandaj, përcjellësit e valëve niobat litium me shtresë 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 "silikonit" optik.Për aplikimin e fotoneve me mikrovalë, avantazhet e niobatit të litiumit me film të hollë janë më të dukshme.