Vysoká linearitaelektromoptický modulátora aplikácia mikrovlnnej fotónu
S rastúcimi požiadavkami komunikačných systémov, aby sa ďalej zlepšila efektívnosť prenosu signálov, ľudia spojia fotóny a elektróny, aby dosiahli doplnkové výhody, a zrodí mikrovlnná fotonika. Elektrooptický modulátor je potrebný na konverziu elektriny na svetlo vmikrovlnné fotonické systémya tento kľúčový krok zvyčajne určuje výkon celého systému. Pretože konverzia vysokofrekvenčného signálu na optickú doménu je proces analógového signálu a obyčajnýelektrooptické modulátorymajú inherentnú nelinearitu, v procese konverzie je vážne skreslenie signálu. Aby sa dosiahla približná lineárna modulácia, prevádzkový bod modulátora je zvyčajne pripevnený v ortogonálnom bode zaujatosti, ale stále nemôže spĺňať požiadavky mikrovlnného fotónového spojenia pre linearita modulátora. Elektrooptické modulátory s vysokou linearitou sú naliehavo potrebné.
Vysokorýchlostná modulácia indexu lomu kremíkových materiálov sa zvyčajne dosahuje účinkom disperzie voľného nosiča plazmy (FCD). Efekt FCD a modulácia spojenia PN sú nelineárne, vďaka čomu je modulátor kremíka menej lineárny ako modulátor lítium niobate. Materiály lítium niobate vykazujú vynikajúceelektrooptická moduláciaVlastnosti kvôli ich pukáre. Zároveň má materiál lítium niobate výhody veľkej šírky pásma, dobrých modulačných charakteristík, nízkej straty, ľahkej integrácie a kompatibility s polovodičovým procesom, použitím tenkého filmu lítium niobátu na dosiahnutie vysokej výkonnej elektrooptickej modulátory v porovnaní s kremíkom takmer „krátkou doštičkou“, ale tiež na dosiahnutie vysokej linearity. Tenký film Littium Niobate (LNOI) Elektromoptický modulátor na izolátore sa stal sľubným smerom vývoja. Vďaka vývoju technológie prípravy materiálu pre tenký film lítium niobate a technológie vlnovodného leptania sa vysoká účinnosť konverzie a vyššia integrácia tenkého filmu lítium-niobate elektrooptického modulátora stala v oblasti medzinárodnej akademickej obce a priemyslu.
Charakteristiky tenkého filmu lítium niobate
V Spojených štátoch plánovanie DAP AR urobilo nasledujúce hodnotenie materiálov lítium niobate: Ak je centrum elektronickej revolúcie pomenovaná po kremíkovom materiáli, ktorý to umožňuje, potom sa narodenie revolúcie fotoniky pravdepodobne pomenuje po lítium niobate. Dôvodom je, že lítium niobate integruje elektrooptický účinok, akusto-optický efekt, piezoelektrický efekt, termoelektrický účinok a fotorefrakčný efekt v jednom, rovnako ako kremíkové materiály v oblasti optiky.
Pokiaľ ide o charakteristiky optického prenosu, materiál INP má najväčšiu stratu prenosu na čipe v dôsledku absorpcie svetla v bežne používanom pásme 1550 NM. SIO2 a nitrid kremíka majú najlepšie prenosové charakteristiky a strata môže dosiahnuť úroveň ~ 0,01 dB/cm; V súčasnosti môže vlnová strata vlnovodu z tenkého filmového vlnovodu litium-niobate dosiahnuť úroveň 0,03 dB/cm a strata vlnovodu tenkého filma lítium niobátu má potenciál ďalej znížiť sa s nepretržitým zlepšovaním technologickej úrovne v budúcnosti. Preto materiál tenkého filmu lítium niobate ukáže dobrý výkon pre pasívne svetelné štruktúry, ako je fotosyntetická cesta, skratka a mikrochoriská.
Pokiaľ ide o výrobu svetla, iba INP má schopnosť priamo vyžarovať svetlo; Preto je na aplikáciu mikrovlnných fotónov potrebné zaviesť svetlo založené na Inp na fotonickom čipe založenom na LNOI prostredníctvom spôsobu zvárania zadného zaťaženia alebo epitaxného rastu. Pokiaľ ide o moduláciu svetla, vyššie sa zdôraznilo, že tenký film lítium niobate je ľahšie dosiahnuť väčšiu šírku pásma modulácie, nižšie napätie napoly a nižšiu stratu prenosu ako Inp a SI. Vysoká linearita elektrooptickej modulácie materiálov tenkého filmu lítium niobate je nevyhnutná pre všetky aplikácie mikrovlnných fotónov.
Pokiaľ ide o optické smerovanie, vysokorýchlostná elektrooptická odozva materiálu tenkého filmu lítium niobate robí optický spínač založený na LNOI schopný prepínača vysokorýchlostného optického smerovania a spotreba energie takého vysokorýchlostného prepínača je tiež veľmi nízka. Pre typickú aplikáciu integrovanej technológie mikrovlnnej fotónov má opticky riadený lúčový čip schopnosť vysokorýchlostného prepínania splniť potreby skenovania rýchleho lúča a charakteristiky ultra nízkej spotreby energie sú dobre prispôsobené prísnym požiadavkám rozsiahleho fázového systému. Aj keď optický spínač založený na INP môže tiež realizovať vysokorýchlostné prepínanie optických ciest, zavedie veľký hluk, najmä ak je viacúrovňový optický spínač kaskádovaný, koeficient šumu sa vážne zhorší. Materiály kremíka, SiO2 a kremíka môžu prepínať optické cesty iba cez termooptický efekt alebo efekt disperzného nosiča, ktorý má nevýhody vysokej spotreby energie a pomaly rýchlosť prepínania. Ak je veľkosť poľa fázového poľa veľká, nemôže spĺňať požiadavky spotreby energie.
Pokiaľ ide o optické zosilnenie,polovodičový optický zosilňovač (SOA) na základe INP bola zrelá na komerčné použitie, ale má nevýhody koeficientu s vysokým šumom a výstupného výkonu s nízkym saturáciou, čo nevedie k aplikácii mikrovlnných fotónov. Proces parametrického amplifikácie vlnovodu z tenkého filmu lítium niobátu založený na periodickej aktivácii a inverzii môže dosiahnuť nízky hluk a vysoký výkon optického zosilnenia na čipe, ktoré môžu dobre splniť požiadavky integrovanej technológie mikrovlnnej fotónu pre optickú amplifikáciu na čipe.
Pokiaľ ide o detekciu svetla, tenký film lítium niobate má dobré prenosové charakteristiky na svetlo v pásme 1550 nm. Funkciu fotoelektrickej konverzie nie je možné realizovať, takže pre aplikácie mikrovlnných fotónov, aby sa uspokojili potreby fotoelektrickej konverzie na čipe. Detekčné jednotky InGAA alebo GE-SI je potrebné zaviesť na fotonických čipoch založených na LNOI pomocou zadného zvárania alebo epitaxného rastu. Pokiaľ ide o spojenie s optickým vláknom, pretože samotné optické vlákno je materiálom SIO2, pole režimu vlnovodu SIO2 má najvyšší stupeň s režimovým poľom optického vlákna a spojenie je najpohodlnejšie. Priemer poľa v režime silne obmedzeného vlnovodu tenkého filmu lítium niobate je asi 1 μm, čo je celkom odlišné od poľa režimu optického vlákna, takže musí sa vykonať správna transformácia bodu režimu, aby sa zhodovala s poľom optického vlákna režimu.
Pokiaľ ide o integráciu, to, či rôzne materiály majú vysoký integračný potenciál, závisí hlavne od polomeru ohybu vlnovodu (ovplyvneného obmedzením poľa vlnového režimu). Silne obmedzený vlnovod umožňuje menší polomer ohybu, ktorý vedie k realizácii vysokej integrácie. Z tohto dôvodu majú vlnovody z lítiových niobátov lítium potenciál na dosiahnutie vysokej integrácie. Preto vzhľad tenkého filmu lítium niobate umožňuje materiálu lítium niobate skutočne hrať úlohu optického „kremíka“. Pri aplikácii mikrovlnných fotónov sú výhody tenkého filmu lítium niobate zrejmejšie.
Čas príspevku: Apr-23-2024