Jednou z najdôležitejších vlastností optického modulátora je jeho modulačná rýchlosť alebo šírka pásma, ktorá by mala byť aspoň taká rýchla ako dostupná elektronika. Tranzistory s tranzitnými frekvenciami výrazne nad 100 GHz už boli demonštrované v 90 nm kremíkovej technológii a rýchlosť sa bude ďalej zvyšovať so znižovaním minimálnej veľkosti prvku [1]. Šírka pásma súčasných kremíkových modulátorov je však obmedzená. Kremík nemá χ(2)-nelinearitu kvôli svojej centrosymetrickej kryštalickej štruktúre. Použitie napätého kremíka už viedlo k zaujímavým výsledkom [2], ale nelinearity zatiaľ neumožňujú praktické zariadenia. Najmodernejšie kremíkové fotonické modulátory sa preto stále spoliehajú na disperziu voľných nosičov v pn alebo pinových prechodoch [3–5]. Ukázalo sa, že prechody s priamym polaritom vykazujú súčin napätia a dĺžky až VπL = 0,36 V mm, ale modulačná rýchlosť je obmedzená dynamikou minoritných nosičov. Napriek tomu sa pomocou predbežného zvýraznenia elektrického signálu [4] dosiahli dátové rýchlosti 10 Gbit/s. Použitím reverzne polarizovaných prechodov sa šírka pásma zvýšila na približne 30 GHz [5,6], ale súčin napätia a dĺžky sa zvýšil na VπL = 40 V mm. Takéto fázové modulátory s plazmovým efektom bohužiaľ produkujú aj nežiaducu moduláciu intenzity [7] a nelineárne reagujú na aplikované napätie. Pokročilé modulačné formáty, ako je QAM, však vyžadujú lineárnu odozvu a čistú fázovú moduláciu, čo robí využitie elektrooptického efektu (Pockelsov efekt [8]) obzvlášť žiaducim.
2. Prístup SOH
Nedávno bol navrhnutý prístup kremíkovo-organického hybridu (SOH) [9–12]. Príklad SOH modulátora je znázornený na obr. 1(a). Pozostáva zo štrbinového vlnovodu, ktorý vedie optické pole, a dvoch kremíkových pásikov, ktoré elektricky spájajú optický vlnovod s kovovými elektródami. Elektródy sú umiestnené mimo optického modálneho poľa, aby sa zabránilo optickým stratám [13], obr. 1(b). Zariadenie je potiahnuté elektrooptickým organickým materiálom, ktorý rovnomerne vypĺňa štrbinu. Modulačné napätie je prenášané kovovým elektrickým vlnovodom a vďaka vodivým kremíkovým pásikom klesá cez štrbinu. Výsledné elektrické pole potom mení index lomu v štrbine prostredníctvom ultrarýchleho elektrooptického efektu. Keďže štrbina má šírku rádovo 100 nm, stačí niekoľko voltov na generovanie veľmi silných modulačných polí, ktoré sú rádovo rovnaké ako dielektrická pevnosť väčšiny materiálov. Štruktúra má vysokú modulačnú účinnosť, pretože modulačné aj optické pole sú sústredené vo vnútri štrbiny, obr. 1(b) [14]. V skutočnosti už boli ukázané prvé implementácie SOH modulátorov s prevádzkou v subvoltovom pásme [11] a bola demonštrovaná sínusová modulácia až do 40 GHz [15,16]. Výzvou pri konštrukcii nízkonapäťových vysokorýchlostných SOH modulátorov je však vytvorenie vysoko vodivého spojovacieho pásika. V ekvivalentnom obvode môže byť štrbina reprezentovaná kondenzátorom C a vodivé pásiky rezistormi R, obr. 1(b). Zodpovedajúca časová konštanta RC určuje šírku pásma zariadenia [10,14,17,18]. Na zníženie odporu R sa navrhlo dopovanie kremíkových pásikov [10,14]. Zatiaľ čo dopovanie zvyšuje vodivosť kremíkových pásikov (a tým zvyšuje optické straty), platí sa dodatočná strata, pretože pohyblivosť elektrónov je zhoršená rozptylom nečistôt [10,14,19]. Navyše, najnovšie pokusy o výrobu ukázali neočakávane nízku vodivosť.
Spoločnosť Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. so sídlom v čínskom „Silicon Valley“ – v Beijing Zhongguancun, je high-tech podnik zameraný na služby domácim a zahraničným výskumným inštitúciám, výskumným ústavom, univerzitám a vedecko-výskumnému personálu v podnikoch. Naša spoločnosť sa zaoberá predovšetkým nezávislým výskumom a vývojom, návrhom, výrobou a predajom optoelektronických produktov a poskytuje inovatívne riešenia a profesionálne, personalizované služby pre vedeckých výskumníkov a priemyselných inžinierov. Po rokoch nezávislých inovácií vytvorila bohatý a dokonalý rad fotoelektrických produktov, ktoré sa široko používajú v komunálnom, vojenskom, dopravnom, energetickom, finančnom, vzdelávacom, zdravotníckom a inom priemysle.
Tešíme sa na spoluprácu s Vami!
Čas uverejnenia: 29. marca 2023