Повисок интегриран електрооптички модулатор на литиум ниобат со тенок филм

Висока линеарностелектро-оптички модулатори апликација на микробранови фотони
Со зголемените барања на комуникациските системи, со цел дополнително да се подобри ефикасноста на преносот на сигналите, луѓето ќе ги спојат фотоните и електроните за да постигнат дополнителни предности и ќе се роди микробранова фотоника. Електрооптичкиот модулатор е потребен за конверзија на електрична енергија во светлинамикробранови фотонски системи, и овој клучен чекор обично ги одредува перформансите на целиот систем. Бидејќи конверзијата на сигналот за радио фреквенција во оптички домен е процес на аналоген сигнал и обиченелектро-оптички модулаториимаат инхерентна нелинеарност, има 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 пристрасност, но сепак не може да ги исполни барањата на микробрановата фотонска врска за линеарноста на модулаторот. Итно се потребни електро-оптички модулатори со висока линеарност.

Модулацијата со високо-брзински индекс на рефракција на силиконските материјали обично се постигнува со ефектот на дисперзија на плазма на слободен носител (FCD). И FCD ефектот и PN-спојната модулација се нелинеарни, што го прави силиконскиот модулатор помалку линеарен од модулаторот на литиум ниобат. Материјалите од литиум ниобат се одличниелектро-оптичка модулацијасвојства поради нивниот Пукер ефект. Во исто време, материјалот од литиум ниобат ги има предностите на голем пропусен опсег, добри карактеристики на модулација, мала загуба, лесна интеграција и компатибилност со полупроводнички процес, употреба на литиум ниобат со тенок филм за да се направи електро-оптички модулатор со високи перформанси, во споредба со силиконот речиси и да нема „кратка плоча“, но и да се постигне висока линеарност. Електрооптичкиот модулатор на литиум ниобат (LNOI) со тенок филм на изолатор стана ветувачка насока за развој. Со развојот на технологијата за подготовка на материјали од тенок филм литиум ниобат и технологијата за офорт со брановоди, високата ефикасност на конверзија и повисоката интеграција на електрооптичкиот модулатор на литиум ниобат со тенок филм стана поле на меѓународната академија и индустрија.

Карактеристики на литиум ниобат со тенок филм
Во Соединетите Американски Држави, планирањето на DAP AR ја направи следнава проценка на материјалите од литиум ниобат: ако центарот на електронската револуција е именуван по силиконскиот материјал што го овозможува тоа, тогаш родното место на фотоничката револуција најверојатно ќе биде именувано по литиум ниобат . Тоа е затоа што литиум ниобат интегрира електро-оптички ефект, акусто-оптички ефект, пиезоелектричен ефект, термоелектричен ефект и фоторефракциски ефект во едно, исто како силициумските материјали во областа на оптиката.

Во однос на карактеристиките на оптичкиот пренос, InP материјалот има најголема загуба во преносот на чипот поради апсорпцијата на светлината во најчесто користениот опсег од 1550 nm. SiO2 и силициум нитрид имаат најдобри преносни карактеристики, а загубата може да достигне ниво од ~ 0,01dB/cm; Во моментов, загубата на брановодот на брановодот со тенкослојна литиум ниобат може да достигне ниво од 0,03 dB/cm, а загубата на брановодот со тенок филм литиум ниобат има потенцијал дополнително да се намали со континуирано подобрување на технолошкото ниво во иднината. Затоа, материјалот од литиум ниобат со тенок филм ќе покаже добри перформанси за пасивни светлосни структури како фотосинтетска патека, шант и микропрстен.

Во однос на генерирањето светлина, само InP има способност директно да емитува светлина; Затоа, за примена на микробранови фотони, неопходно е да се воведе извор на светлина базиран на InP на фотонски интегриран чип базиран на LNOI по пат на заварување со заднинско оптоварување или епитаксијален раст. Во однос на модулацијата на светлината, погоре беше нагласено дека материјалот од литиум ниобат со тенок филм е полесно да се постигне поголем опсег на модулација, помал полубранов напон и помала загуба на пренос од InP и Si. Покрај тоа, високата линеарност на електрооптичката модулација на материјалите од литиум ниобат со тенок филм е од суштинско значење за сите апликации на микробранови фотони.

Во однос на оптичкото рутирање, електрооптичката реакција со голема брзина на материјалот од литиум ниобат со тенок филм го прави оптичкиот прекинувач базиран на LNOI способен за префрлување на оптичко рутирање со голема брзина, а потрошувачката на енергија на таквото префрлување со голема брзина е исто така многу мала. За типична примена на интегрирана микробранова фотонска технологија, оптички контролираниот чип за формирање на зрак има способност за префрлување со голема брзина за да ги задоволи потребите за брзо скенирање со зрак, а карактеристиките на ултра ниската потрошувачка на енергија се добро прилагодени на строгите барања на големите -Систем со фазна низа на скала. Иако оптичкиот прекинувач базиран на InP може да реализира и префрлување на оптичката патека со голема брзина, тој ќе воведе голем шум, особено кога оптичкиот прекинувач на повеќе нивоа е каскаден, коефициентот на бучава ќе биде сериозно влошен. Материјалите од силициум, SiO2 и силициум нитрид можат да ги менуваат оптичките патеки само преку термооптичкиот ефект или ефектот на дисперзија на носачот, кој има недостатоци на голема потрошувачка на енергија и бавна брзина на префрлување. Кога големината на низата на фазната низа е голема, таа не може да ги исполни барањата за потрошувачка на енергија.

Во однос на оптичкото засилување, наполупроводнички оптички засилувач (SOA) врз основа на InP е зрел за комерцијална употреба, но има недостатоци на висок коефициент на бучава и ниска излезна моќност на сатурација, што не е погодно за примена на микробранови фотони. Процесот на параметарско засилување на брановодот со тенкослојна литиум ниобат базиран на периодично активирање и инверзија може да постигне оптичко засилување на чипот со низок шум и висока моќност, што може добро да ги исполни барањата на интегрираната микробранова фотонска технологија за оптичко засилување на чипот.

Во однос на детекцијата на светлината, литиум ниобатот со тенок филм има добри преносни карактеристики на светлина во опсег од 1550 nm. Функцијата на фотоелектричната конверзија не може да се реализира, така што за апликации со микробранови фотони, со цел да се задоволат потребите за фотоелектрична конверзија на чипот. Единиците за детекција на InGaAs или Ge-Si треба да се воведат на фотонски интегрирани чипови базирани на LNOI со заварување со заднинско оптоварување или епитаксијален раст. Во однос на спојувањето со оптичко влакно, бидејќи самото оптичко влакно е материјал SiO2, полето за режим на брановодот SiO2 има највисок степен на совпаѓање со полето за режим на оптичко влакно, а спојката е најзгодна. Дијаметарот на полето на режимот на силно ограничениот брановоди на литиум ниобат со тенок филм е околу 1μm, што е сосема различно од полето на режимот на оптичкото влакно, па затоа мора да се изврши соодветна трансформација на точката на режимот за да одговара на полето на режимот на оптичкото влакно.

Во однос на интеграцијата, дали различни материјали имаат висок потенцијал за интеграција зависи главно од радиусот на свиткување на брановодот (погоден од ограничувањето на полето на режимот на брановоди). Силно ограничениот брановод овозможува помал радиус на свиткување, што е попогодно за реализација на висока интеграција. Затоа, брановодите со тенкослојна литиум ниобат имаат потенцијал да постигнат висока интеграција. Затоа, појавата на литиум ниобат со тенок филм овозможува материјалот од литиум ниобат навистина да ја игра улогата на оптички „силициум“. За примена на микробранови фотони, поочигледни се предностите на литиум ниобат со тенок филм.