Тенок филм литиум ниобат материјал и модулатор за тенок филм литиум ниобат

Предности и значење на тенок филм литиум ниобат во интегрирана технологија за микробранови фотони

Микробранова фотонска технологијаИма предности на големата работна ширина на опсег, силна паралелна способност за обработка и мала загуба на преносот, што има потенцијал да го сруши техничкиот тесно грло на традиционалниот систем на микробранови и да ги подобри перформансите на воената електронска информативна опрема како што се радарот, електронското војување, комуникацијата и мерењето и контролата. Како и да е, микробрановиот фотонски систем заснован на дискретни уреди има некои проблеми како што се голем волумен, голема тежина и лоша стабилност, што сериозно ја ограничува примената на микробрановата фотонска технологија во вселенските и воздушните платформи. Затоа, интегрираната микробранова фотонска технологија станува важна поддршка за пробивање на примената на микробранова фотон во воениот електронски информативен систем и да се даде целосна игра на предностите на микробрановата фото -технологија.

Во моментов, технологијата за фотонска интеграција со седиште во SI и технологијата за фотонска интеграција базирана на INP станаа сè позрели по години на развој во областа на оптичката комуникација и многу производи се ставени на пазарот. Како и да е, за примена на микробранова фотон, има некои проблеми во овие два вида технологии за интеграција на фотоните: на пример, нелинеарниот електро-оптички коефициент на модулаторот Si и INP модулаторот е спротивен на високата линеарност и големите динамички карактеристики што ги спроведува микробрановата фотонална технологија; На пример, силиконскиот оптички прекинувач кој реализира преклопување на оптичката патека, без разлика дали се заснова на термичко-оптички ефект, пиезоелектричен ефект или ефект на дисперзија на инјектирање на превозникот, има проблеми со бавна брзина на префрлување, потрошувачка на енергија и потрошувачка на топлина, што не може да го исполни брзото скенирање на зракот и големите апликации за микробранова фотона со скала.

Литиум Ниобате отсекогаш бил првиот избор за голема брзинаЕлектро-оптичка модулацијаМатеријали заради неговиот одличен линеарен електро-оптички ефект. Сепак, традиционалниот литиум ниобатеЕлектро-оптички модулаторе изработен од масивен литиум ниобат кристален материјал, а големината на уредот е многу голема, што не може да ги задоволи потребите на интегрираната технологија за микробранови фотони. Како да се интегрираат литиум ниобат материјали со линеарен електро-оптички коефициент во интегрираниот систем за технологија на микробранови фотони стана цел на релевантни истражувачи. Во 2018 година, истражувачки тим од универзитетот Харвард во Соединетите Држави за прв пат ја објави технологијата за фотонска интеграција заснована на тенок филм литиум ниобат во природата, бидејќи технологијата има предности на висока интеграција, големо електро-оптички модулациски опсег, и висока линеарност на електро-оптички ефект, еднаш лансирана, еднаш започна со академско и индустриско внимание во областа на фото-интеграцијата. Од гледна точка на апликација за микробранови фотони, овој труд го разгледува влијанието и значењето на технологијата за интеграција на фотоните, заснована на тенок филм литиум ниобате за развој на микробранова фотонска технологија.

Тенок филм литиум ниобат материјал и тенок филмМодулатор на литиум ниобат
Во последниве две години, се појави нов вид литиум ниобат материјал, односно филмот „Литиум ниобат“ се ексфолира од масивниот кристал на литиум ниобате со методот на „јонски сечење“ и се врзуваше со нафора со силициум со силициум тампон слој, за да се формира LNOI (Linbo3-on-insulator) материјал [5] хартија. Риџ -брановидни бранови со висина од повеќе од 100 нанометри може да се гравираат на тенок филм литиум ниобат материјали со оптимизиран процес на суво гравирање, а ефективната разлика во индексот на рефракција на брачните водичи формирани може да достигне повеќе од 0,8 (далеку повисока од рефрактивниот индекс разлика во разликите во традиционалниот индекс на разликите во традиционалниот индекс на разликите во традиционалниот индекс на разликите во традиционалниот индекс на индекс Поле со микробранова област при дизајнирање на модулаторот. Така, корисно е да се постигне понизок напон на полу-бранови и поголем опсег на модулација во пократка должина.

Појавата на ниско губење на литиум ниобат подмикрон брановодии го крши тесно грло на висок напон на возење на традиционалниот електро-оптички модулатор на литиум ниобате. Растојанието на електродата може да се намали на μ 5 μm, а преклопувањето помеѓу електричното поле и полето за оптички режим е значително зголемено, а Vπ · l се намалува од повеќе од 20 V · cm на помалку од 2,8 V · cm. Затоа, под истиот напон на полу-бранови, должината на уредот може значително да се намали во споредба со традиционалниот модулатор. Во исто време, по оптимизирање на параметрите на ширината, дебелината и интервалот на електродата за патувачки бран, како што е прикажано на сликата, модулаторот може да има можност за ултра-висока ширина на модулација поголема од 100 GHz.

Сл.1 （A） Пресметана дистрибуција на режим и （B） Слика на пресек на LN брановид

Сл.2 （A） Структура на бранови и електрода и （b） Основа на LN модулатор

Споредбата на модулаторите на тенок филм литиум ниобат со традиционални комерцијални модулатори на литиум ниобате, модулатори засновани на силикон и индиум фосфид (ИНП) и други постојни електро-оптички модулатори, главните параметри на споредбата вклучуваат:
(1) производ со должина на половина бранови во волт (Vπ · L, V · cm), мерење на ефикасноста на модулацијата на модулаторот, толку е помала вредноста, толку е поголема ефикасноста на модулацијата;
(2) 3 dB модулациска ширина на опсег (GHz), што го мери одговорот на модулаторот на модулација со висока фреквенција;
(3) загуба на оптичко вметнување (DB) во регионот на модулација. Од табелата може да се види дека модулаторот за тенок филм литиум ниобат има очигледни предности во широчината на опсегот на модулацијата, напонот на полу-бранови, загубата на оптичка интерполација и така натаму.

Силикон, како камен-темелник на интегрираната оптоелектроника, досега е развиен, процесот е зрел, неговата минијатуризација е погодна за голема интеграција на активни/пасивни уреди, а неговиот модулатор е широко и длабоко проучен во областа на оптичката комуникација. Електро-оптичкиот механизам за модулација на силикон е главно осиромашување на носачот, инјекција на носач и акумулација на носач. Among them, the bandwidth of the modulator is optimal with the linear degree carrier depletion mechanism, but because the optical field distribution overlaps with the non-uniformity of the depletion region, this effect will introduce nonlinear second-order distortion and third-order intermodulation distortion terms, coupled with the absorption effect of the carrier on the light, which will lead to the reduction of the optical modulation amplitude and signal искривување.

INP модулаторот има извонредни електро-оптички ефекти, а мулти-слојната квантна структура на бунар може да реализира ултра-висока стапка и ниски модулатори на напон на возење со Vπ · L до 0,156V · mm. Како и да е, варијацијата на индексот на рефракција со електрично поле вклучува линеарни и нелинеарни термини, а зголемувањето на интензитетот на електричното поле ќе го направи ефектот од втор ред. Затоа, електро-оптичките модулатори на силикон и ИНП треба да применат пристрасност за да формираат PN спој кога работат, а PN спојот ќе донесе загуба на апсорпција на светлина. Сепак, големината на модулаторот на овие две е мала, комерцијалната големина на модулаторот INP е 1/4 од LN модулаторот. Висока ефикасност на модулација, погодна за мрежни дигитални оптички преносни мрежи со голема густина и кратко растојание, како што се центрите за податоци. Електро-оптичкиот ефект на литиум ниобате нема механизам за апсорпција на светлина и ниска загуба, што е погодно за кохерентен на долги растојанијаОптичка комуникацијасо голем капацитет и висока стапка. Во апликацијата за микробранови фотони, електро-оптичките коефициенти на Si и INP се нелинеарни, што не е погодно за микробрановиот фотонски систем кој следи висока линеарност и голема динамика. Материјалот Lithium niobate е многу погоден за апликација за микробранови фотони заради неговиот целосно линеарен коефициент на електро-оптички модулација.