Vysokovýkonný elektrooptický modulátor: tenkovrstvový modulátor niobátu lítia

Vysokovýkonný elektrooptický modulátor:tenkovrstvový modulátor niobátu lítia

Elektrooptický modulátor (Modulátor EOM) je modulátor vyrobený s využitím elektrooptického efektu určitých elektrooptických kryštálov, ktoré dokážu premieňať vysokorýchlostné elektronické signály v komunikačných zariadeniach na optické signály. Keď je elektrooptický kryštál vystavený pôsobeniu elektrického poľa, index lomu elektrooptického kryštálu sa zmení a podľa toho sa zmenia aj charakteristiky optických vĺn kryštálu, čím sa dosiahne modulácia amplitúdy, fázy a polarizačného stavu optického signálu a vysokorýchlostný elektronický signál v komunikačnom zariadení sa prostredníctvom modulácie premení na optický signál.

V súčasnosti existujú tri hlavné typyelektrooptické modulátoryna trhu: modulátory na báze kremíka, modulátory na báze fosfidu india a tenkovrstvové modulátorymodulátor niobátu lítiaMedzi nimi kremík nemá priamy elektrooptický koeficient, jeho výkon je všeobecnejší a je vhodný len na výrobu modulátora transceiverového modulu pre prenos dát na krátke vzdialenosti. Fosfid india je síce vhodný pre transceiverový modul optickej komunikačnej siete na stredné a dlhé vzdialenosti, ale požiadavky na integračný proces sú extrémne vysoké, náklady sú relatívne vysoké a aplikácia podlieha určitým obmedzeniam. Naproti tomu kryštál niobátu lítneho nie je bohatý len na fotoelektrický efekt, ale aj na fotorefraktívny efekt, nelineárny efekt, elektrooptický efekt, akustický optický efekt, piezoelektrický efekt a termoelektrický efekt sa rovnajú jednej. Vďaka svojej mriežkovej štruktúre a bohatej štruktúre defektov možno mnohé vlastnosti niobátu lítneho výrazne regulovať kryštálovým zložením, dopovaním prvkov, riadením valenčného stavu atď. Dosahuje vynikajúci fotoelektrický výkon, ako je elektrooptický koeficient až 30,9 pm/V, čo je výrazne viac ako u fosfidu india, a má malý cvrlikavý efekt (cvrlikavý efekt: označuje jav, že frekvencia v impulze sa mení s časom počas procesu prenosu laserového impulzu. Väčší cvrlikavý efekt vedie k nižšiemu pomeru signálu k šumu a nelineárnemu efektu), dobrý pomer extinkcie (priemerný pomer výkonu zapnutého stavu signálu k jeho vypnutému stavu) a vynikajúcu stabilitu zariadenia. Okrem toho sa mechanizmus fungovania tenkovrstvového modulátora na báze niobátu lítia líši od mechanizmu fungovania modulátora na báze kremíka a modulátora na báze fosfidu india využívajúceho nelineárne modulačné metódy, ktoré využívajú lineárny elektrooptický efekt na načítanie elektricky modulovaného signálu na optický nosič a modulačná rýchlosť je určená hlavne výkonom mikrovlnnej elektródy, takže je možné dosiahnuť vyššiu rýchlosť a linearitu modulácie, ako aj nižšiu spotrebu energie. Na základe vyššie uvedeného sa niobát lítia stal ideálnou voľbou na výrobu vysokovýkonných elektrooptických modulátorov, ktoré majú široké uplatnenie v koherentných optických komunikačných sieťach 100G/400G a ultrarýchlostných dátových centrách a dokážu dosiahnuť dlhé prenosové vzdialenosti viac ako 100 kilometrov.

Niobičnan lítny ako prevratný materiál „fotónovej revolúcie“, hoci má v porovnaní s kremíkom a fosfidom india mnoho výhod, v zariadení sa často objavuje ako sypký materiál. Svetlo je obmedzené na rovinný vlnovod vytvorený iónovou difúziou alebo protónovou výmenou, rozdiel indexu lomu je zvyčajne relatívne malý (približne 0,02) a veľkosť zariadenia je relatívne veľká. Je ťažké splniť požiadavky miniaturizácie a integrácie.optické zariadenia, a jeho výrobná linka sa stále líši od skutočnej mikroelektronickej procesnej linky a existuje problém vysokých nákladov, takže tvorba tenkých vrstiev je dôležitým smerom vývoja niobátu lítia používaného v elektrooptických modulátoroch.