Висока линеарностелектро-оптички модулатори примена на микробранови фотони
Со зголемените барања за комуникациски системи, со цел дополнително да се подобри ефикасноста на преносот на сигналите, луѓето ќе спојуваат фотони и електрони за да постигнат комплементарни предности, и ќе се роди микробрановата фотоника. Електрооптичкиот модулатор е потребен за претворање на електричната енергија во светлина вомикробранови фотонски системи, и овој клучен чекор обично ги одредува перформансите на целиот систем. Бидејќи конверзијата на радиофреквенцискиот сигнал во оптички домен е процес на аналоген сигнал, и обичниотелектро-оптички модулаториИмаат вродена нелинеарност, постои сериозно нарушување на сигналот во процесот на конверзија. За да се постигне приближна линеарна модулација, работната точка на модулаторот обично е фиксирана на ортогоналната точка на поларизација, но сепак не може да ги задоволи барањата на микробрановата фотонска врска за линеарноста на модулаторот. Итно се потребни електрооптички модулатори со висока линеарност.
Брзата модулација на индексот на прекршување на силициумските материјали обично се постигнува со ефектот на дисперзија на плазма на слободни носители (FCD). И FCD ефектот и PN модулацијата на спојот се нелинеарни, што го прави силициумскиот модулатор помалку линеарен од модулаторот на литиум ниобат. Литиум ниобатните материјали покажуваат одличниелектрооптичка модулацијаСвојствата се должат на нивниот ефект на Пукер. Во исто време, литиум ниобатниот материјал има предности како што се голем пропусен опсег, добри модулациски карактеристики, мали загуби, лесна интеграција и компатибилност со полупроводничкиот процес, употребата на тенок филмски литиум ниобат за производство на високо-перформансни електрооптички модулатори, во споредба со силициумот речиси и да нема „кратка плоча“, но исто така постигнува висока линеарност. Тенкофилмскиот литиум ниобат (LNOI) електрооптички модулатор на изолатор стана ветувачка насока на развој. Со развојот на технологијата за подготовка на тенок филмски литиум ниобатен материјал и технологијата за бакирање на бранови, високата ефикасност на конверзија и поголемата интеграција на тенкофилмскиот литиум ниобатен електрооптички модулатор станаа област на меѓународната академија и индустрија.
Карактеристики на тенкофилмски литиум ниобат
Во Соединетите Американски Држави, DAP AR планирањето ја направи следната евалуација на материјалите од литиум ниобат: ако центарот на електронската револуција е именуван по силициумскиот материјал што го овозможува тоа, тогаш родното место на фотоничката револуција веројатно ќе биде именувано по литиум ниобатот. Ова е затоа што литиум ниобатот ги интегрира електрооптичкиот ефект, акустооптичкиот ефект, пиезоелектричниот ефект, термоелектричниот ефект и фоторефрактивниот ефект во едно, исто како силициумските материјали во областа на оптиката.
Во однос на карактеристиките на оптичкиот пренос, материјалот InP има најголем губиток на пренос на чипот поради апсорпцијата на светлината во најчесто користениот опсег од 1550nm. SiO2 и силициум нитридот имаат најдобри карактеристики на пренос, а губитокот може да достигне ниво од ~ 0,01dB/cm; Во моментов, губитокот на брановодот на тенкофилмскиот литиум ниобат може да достигне ниво од 0,03dB/cm, а губитокот на тенкофилмскиот литиум ниобат има потенцијал дополнително да се намали со континуирано подобрување на технолошкото ниво во иднина. Затоа, тенкофилмскиот литиум ниобатен материјал ќе покаже добри перформанси за пасивни светлосни структури како што се фотосинтетски патеки, шантови и микропрстени.
Во однос на генерирањето светлина, само InP има способност директно да емитува светлина; Затоа, за примена на микробранови фотони, потребно е да се воведе извор на светлина базиран на InP на фотонски интегриран чип базиран на LNOI преку заварување со задно оптоварување или епитаксијален раст. Во однос на модулацијата на светлината, погоре беше нагласено дека тенкофилмскиот литиум ниобат полесно постигнува поголем пропусен опсег на модулација, помал полубранов напон и помали загуби во преносот од InP и Si. Покрај тоа, високата линеарност на електрооптичката модулација на тенкофилмските литиум ниобатни материјали е од суштинско значење за сите микробранови фотонски апликации.
Во однос на оптичкото рутирање, брзиот електро-оптички одзив на тенкиот филмски литиум ниобатен материјал го прави оптичкиот прекинувач базиран на LNOI способен за брзо оптичко рутирање, а потрошувачката на енергија на таквото брзо префрлување е исто така многу ниска. За типична примена на интегрирана микробранова фотонска технологија, оптички контролираниот чип за формирање зраци има способност за брзо префрлување за да ги задоволи потребите на брзо скенирање на зракот, а карактеристиките на ултра ниската потрошувачка на енергија се добро прилагодени на строгите барања на фазниот систем со голем опсег. Иако оптичкиот прекинувач базиран на InP може да реализира и брзо префрлување на оптички патеки, тој ќе внесе голем шум, особено кога повеќеслојниот оптички прекинувач е каскаден, коефициентот на шум сериозно ќе се влоши. Материјалите од силициум, SiO2 и силициум нитрид можат да префрлуваат оптички патеки само преку термо-оптички ефект или ефект на дисперзија на носители, што има недостатоци на висока потрошувачка на енергија и бавна брзина на префрлување. Кога големината на низата на фазната низа е голема, таа не може да ги задоволи барањата за потрошувачка на енергија.
Во однос на оптичкото засилување,полупроводнички оптички засилувач (СОА) базиран на InP е зрел за комерцијална употреба, но има недостатоци како висок коефициент на шум и ниска излезна моќност на сатурација, што не е погодно за примена на микробранови фотони. Процесот на параметарска амплификација на тенкофилмски литиум ниобатен брановоден систем базиран на периодична активација и инверзија може да постигне ниско ниво на шум и висока моќност на оптичко засилување на чипот, што може добро да ги задоволи барањата на интегрираната технологија на микробранови фотони за оптичко засилување на чипот.
Во однос на детекцијата на светлина, тенкофилмскиот литиум ниобат има добри карактеристики на пренос на светлина во опсегот од 1550 nm. Функцијата на фотоелектрична конверзија не може да се реализира, па за апликации со микробранови фотони, за да се задоволат потребите за фотоелектрична конверзија на чипот, треба да се воведат единици за детекција InGaAs или Ge-Si на фотонски интегрирани чипови базирани на LNOI со заварување со задно оптоварување или епитаксијално растење. Во однос на спојувањето со оптичко влакно, бидејќи самото оптичко влакно е од SiO2 материјал, модното поле на брановодот SiO2 има највисок степен на совпаѓање со модното поле на оптичкото влакно, а спојувањето е најзгодно. Дијаметарот на модното поле на силно ограничениот брановод на тенкофилмскиот литиум ниобат е околу 1μm, што е доста различно од модното поле на оптичкото влакно, па затоа мора да се изврши соодветна модална трансформација за да се совпадне со модното поле на оптичкото влакно.
Во однос на интеграцијата, дали различните материјали имаат висок потенцијал за интеграција зависи главно од радиусот на свиткување на брановодот (под влијание на ограничувањето на полето на режимот на брановодот). Силно ограничениот брановод овозможува помал радиус на свиткување, што е поповолно за реализација на висока интеграција. Затоа, тенкослојните литиум ниобатни брановоди имаат потенцијал да постигнат висока интеграција. Затоа, појавата на тенкослоен литиум ниобат овозможува материјалот од литиум ниобат навистина да игра улога на оптички „силикон“. За примена на микробранови фотони, предностите на тенкослојниот литиум ниобат се поочигледни.
Време на објавување: 23 април 2024 година