Përparësitë dhe domethënia e filmit të hollë litium niobate në teknologjinë e integruar të fotonit me mikrovalë
Teknologjia e fotonit me mikrovalëKa avantazhet e gjerësisë së bandës së madhe të punës, aftësisë së fortë paralele të përpunimit dhe humbjes së ulët të transmetimit, e cila ka potencialin për të thyer ngushticën teknike të sistemit tradicional të mikrovalës dhe të përmirësojë performancën e pajisjeve elektronike të informacionit ushtarak si radari, lufta elektronike, komunikimi dhe matja dhe kontrolli. Sidoqoftë, sistemi i fotonit me mikrovalë i bazuar në pajisjet diskrete ka disa probleme të tilla si vëllimi i madh, pesha e rëndë dhe stabiliteti i dobët, të cilat kufizojnë seriozisht aplikimin e teknologjisë së fotonit me mikrovalë në platformat hapësinore dhe ajrore. Prandaj, teknologjia e integruar e fotonit me mikrovalë po bëhet një mbështetje e rëndësishme për të prishur aplikimin e fotonit me mikrovalë në sistemin e informacionit elektronik ushtarak dhe të japë lojë të plotë për avantazhet e teknologjisë së fotonit me mikrovalë.
Aktualisht, teknologjia e integrimit fotonik të bazuar në SI dhe teknologjia e integrimit fotonik të bazuar në INP janë bërë gjithnjë e më të pjekura pas vitesh zhvillimi në fushën e komunikimit optik, dhe shumë produkte janë futur në treg. Sidoqoftë, për aplikimin e fotonit me mikrovalë, ka disa probleme në këto dy lloje të teknologjive të integrimit të fotonit: për shembull, koeficienti elektro-optik jolinear i modulatorit SI dhe modulatorit INP është në kundërshtim me linearitetin e lartë dhe karakteristikat e mëdha dinamike të ndjekura nga teknologjia e fotonit mikrovalë; Për shembull, ndërprerësi optik i silikonit që realizon ndërrimin e rrugës optike, qoftë bazuar në efektin termik-optik, efektin piezoelektrik, ose efektin e shpërndarjes së injektimit të transportuesit, ka problemet e shpejtësisë së ngadaltë të ndërrimit, konsumit të energjisë dhe konsumit të nxehtësisë, të cilat nuk mund të plotësojnë skanimin e shpejtë të rrezeve dhe aplikacionet e mëdha të fotoneve me mikrovalë.
Lithium niobate ka qenë gjithmonë zgjedhja e parë për shpejtësi të lartëmodulim elektro-optikMaterialet për shkak të efektit të tij të shkëlqyeshëm linear elektro-optik. Sidoqoftë, litiumi tradicional Niobatemodulator elektro-optikështë bërë nga materiali kristal masiv litium niobate, dhe madhësia e pajisjes është shumë e madhe, e cila nuk mund të plotësojë nevojat e teknologjisë së integruar të fotonit me mikrovalë. Si të integroni materialet litium niobate me koeficient linear elektro-optik në sistemin e integruar të teknologjisë së fotonit me mikrovalë është bërë qëllimi i studiuesve përkatës. Në vitin 2018, një ekip hulumtues nga Universiteti i Harvardit në Shtetet e Bashkuara raportoi për herë të parë teknologjinë e integrimit fotonik bazuar në filmin e hollë litium niobate në natyrë, sepse teknologjia ka avantazhet e integrimit të lartë, të madh të modulimit elektro-optik të bandës së bandës, dhe linearitetit të lartë të efektit elektro-optik, pasi të fillohet, menjëherë shkaktoi vëmendjen akademike dhe industriale në fushën e integrimit fotonik dhe mikrovave të fotonikës. Nga këndvështrimi i aplikimit të fotonit me mikrovalë, ky punim rishikon ndikimin dhe rëndësinë e teknologjisë së integrimit të fotonit bazuar në filmin e hollë litium Niobate në zhvillimin e teknologjisë së fotonit me mikrovalë.
Filmi i hollë Lithium Niobate Material dhe film i hollëmodulator i litiumit niobate
Në dy vitet e fundit, është shfaqur një lloj i ri i materialit litium niobate, d.m.th., filmi litium niobate është eksfoluar nga kristali masiv i litiumit niobate me metodën e "prerjes së joneve" dhe i lidhur me waferin e silicës me një shtresë silicë për të formuar Lnoi (linbo3-on-insulator) Material [5], i cili quhet Lithium i hollë Ni në këtë letër. Valat e valëve të kreshtës me një lartësi prej më shumë se 100 nanometra mund të futen në materiale të hollë litium niobate nga procesi i optimizuar i etching të thatë, dhe diferenca efektive e indeksit refraktiv të shiritave të valëve të formuara mund të arrijë më shumë se 0.8 (shumë më e lartë se sa më e lehtë se sa duhet të jetë e lehtë në fushën e indeksit të dritës së dritës së dritës, e cila tregohet më lehtë, në fushën e dritës, që përputhet me mikrovën e dritës, me të vërtetë, të përputhet me fushën e dritës së dritës. hartimi i modulatorit. Kështu, është e dobishme të arrihet tensioni me gjysmë valë më të ulët dhe gjerësia e bandës më të madhe të modulimit në një gjatësi më të shkurtër.
Paraqitja e valës së nëndetëses me humbje të ulët litium niobate thyen shishen e tensionit të lartë të vozitjes së modulatorit elektro-optik tradicional litium niobate. Hapësira e elektrodës mund të reduktohet në 5 μm, dhe mbivendosja midis fushës elektrike dhe fushës së modalitetit optik është rritur shumë, dhe Vπ · L zvogëlohet nga më shumë se 20 V · cm në më pak se 2.8 V · cm. Prandaj, nën të njëjtin tension gjysmë-valë, gjatësia e pajisjes mund të zvogëlohet shumë në krahasim me modulatorin tradicional. Në të njëjtën kohë, pasi të keni optimizuar parametrat e gjerësisë, trashësisë dhe intervalit të elektrodës së valës udhëtuese, siç tregohet në figurë, modulatori mund të ketë aftësinë e gjerësisë së bandës së modulimit ultra të lartë më të madh se 100 GHz.
Fig.1 （A Shpërndarja e Mode e llogaritur dhe （B） Imazhi i seksionit kryq të shiritit të valës LN
Fig.2 （A） Struktura e valës dhe strukturës së elektrodës dhe （B） Coreplate e modulatorit LN
Krahasimi i modulatorëve të hollë të filmit litium niobate me modulatorë tradicionalë tregtarë litium niobate, modulatorë me bazë silikoni dhe modulues të fosfidit të indiumit (INP) dhe modulatorëve të tjerë ekzistues elektro-optikë me shpejtësi të lartë, parametrat kryesorë të krahasimit përfshijnë:
(1) Produkt me gjatësi volt-valësh me gjysmë valë (Vπ · L, V · cm), duke matur efikasitetin e modulimit të modulatorit, sa më i vogël të jetë vlera, aq më e lartë është efikasiteti i modulimit;
(2) gjerësia e bandës së modulimit 3 dB (GHz), e cila mat përgjigjen e modulatorit ndaj modulimit me frekuencë të lartë;
(3) Humbja optike e futjes (DB) në rajonin e modulimit. Nga tabela mund të shihet se moduluesi i filmit të hollë Lithium Niobate ka përparësi të dukshme në gjerësinë e bandës së modulimit, tensionin me gjysmë valë, humbjen e ndërhyrjes optike etj.
Silicon, pasi gurthemeli i optoelektronikës së integruar, është zhvilluar deri më tani, procesi është i pjekur, miniaturizimi i tij është i favorshëm për integrimin në shkallë të gjerë të pajisjeve aktive/pasive, dhe modulatori i tij është studiuar gjerësisht dhe thellësisht në fushën e komunikimit optik. Mekanizmi i modulimit elektro-optik të silikonit është kryesisht varfërimi i bartësit, injeksioni i bartësit dhe akumulimi i bartësit. Midis tyre, gjerësia e brezit të modulatorit është optimale me mekanizmin e varfërimit të bartësit të shkallës lineare, por për shkak se shpërndarja e fushës optike mbivendoset me jo-uniformitetin e rajonit të varfërimit, ky efekt do të prezantojë jolinear të rendit të dytë të rendit të dytë dhe termat e distancës së intermodulimit të tretë, të shoqëruar me efektin e përthithjes.
Modulatori INP ka efekte elektro-optike të jashtëzakonshme, dhe struktura kuantike me shumë shtresa mund të realizojë modulatorë të tensionit ultra të lartë dhe të ulët të tensionit të drejtimit me Vπ · L deri në 0.156V · mm. Sidoqoftë, ndryshimi i indeksit refraktiv me fushën elektrike përfshin terma linear dhe jolinear, dhe rritja e intensitetit të fushës elektrike do ta bëjë efektin e rendit të dytë të spikatur. Prandaj, moduluesit elektro-optikë të silikonit dhe INP duhet të aplikojnë paragjykime për të formuar kryqëzimin PN kur të punojnë, dhe kryqëzimi PN do të sjellë humbje të thithjes në dritë. Sidoqoftë, madhësia e modulatorit të këtyre dy është e vogël, madhësia komerciale e modulatorit INP është 1/4 e modulatorit LN. Efikasitet i lartë i modulimit, i përshtatshëm për densitet të lartë dhe rrjete dixhitale të transmetimit optik dixhital në distancë të shkurtër siç janë qendrat e të dhënave. Efekti elektro-optik i litiumit niobate nuk ka mekanizëm të thithjes së dritës dhe humbje të ulët, i cili është i përshtatshëm për koherent në distancë të gjatëkomunikim optikme kapacitet të madh dhe normë të lartë. Në aplikacionin e fotonit me mikrovalë, koeficientët elektro-optikë të SI dhe INP janë jolinear, i cili nuk është i përshtatshëm për sistemin e fotonit me mikrovalë i cili ndjek linearitet të lartë dhe dinamikë të madhe. Materiali litium niobate është shumë i përshtatshëm për aplikimin e fotonit me mikrovalë për shkak të koeficientit të tij plotësisht linear të modulimit elektro-optik.
Koha e postimit: Prill-22-2024