Vysoká linearitaelektrooptický modulátora mikrovlnná aplikácia fotónov
S rastúcimi požiadavkami komunikačných systémov, aby sa ďalej zlepšila účinnosť prenosu signálov, ľudia budú spájať fotóny a elektróny, aby dosiahli komplementárne výhody, a zrodí sa mikrovlnná fotonika. Elektrooptický modulátor je potrebný na premenu elektriny na svetlomikrovlnné fotonické systémya tento kľúčový krok zvyčajne určuje výkon celého systému. Pretože konverzia rádiofrekvenčného signálu na optickú doménu je proces analógového signálu a je bežnýelektro-optické modulátorymajú inherentnú nelinearitu, dochádza k vážnemu skresleniu signálu v procese konverzie. Aby sa dosiahla približná lineárna modulácia, pracovný bod modulátora je zvyčajne fixovaný v bode ortogonálneho predpätia, ale stále nemôže spĺňať požiadavky mikrovlnného fotónového spojenia na linearitu modulátora. Elektrooptické modulátory s vysokou linearitou sú naliehavo potrebné.
Vysokorýchlostná modulácia indexu lomu kremíkových materiálov sa zvyčajne dosahuje efektom disperzie voľnej nosnej plazmy (FCD). Efekt FCD aj modulácia PN prechodu sú nelineárne, vďaka čomu je kremíkový modulátor menej lineárny ako modulátor niobátu lítneho. Lítiumniobátové materiály sú vynikajúceelektro-optická moduláciavlastnosti vďaka ich Puckerovmu efektu. Materiál niobátu lítneho má zároveň výhody veľkej šírky pásma, dobrých modulačných charakteristík, nízkych strát, ľahkej integrácie a kompatibility s polovodičovým procesom, použitia tenkovrstvového niobátu lítneho na výrobu vysokovýkonného elektrooptického modulátora v porovnaní s kremíkom. takmer žiadne „krátke dosky“, ale aj na dosiahnutie vysokej linearity. Elektrooptický modulátor na izolátore s tenkým filmom lítium niobátu (LNOI) sa stal sľubným smerom vývoja. S vývojom technológie prípravy tenkovrstvového lítium niobátu materiálu a technológie vlnovodu leptania sa vysoká účinnosť konverzie a vyššia integrácia elektrooptického modulátora tenkovrstvového lítium niobátu stala oblasťou medzinárodnej akademickej obce a priemyslu.
Charakteristika tenkovrstvového niobátu lítneho
V Spojených štátoch plánovanie DAP AR vykonalo nasledujúce hodnotenie materiálov niobitanu lítneho: ak je centrum elektronickej revolúcie pomenované podľa kremíkového materiálu, ktorý to umožňuje, potom miesto zrodu fotonickej revolúcie bude pravdepodobne pomenované po niobate lítnom. . Niobát lítny totiž integruje elektrooptický efekt, akustickooptický efekt, piezoelektrický efekt, termoelektrický efekt 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 vlastnosti a strata môže dosiahnuť úroveň ~ 0,01 dB/cm; V súčasnosti môže strata vlnovodu tenkovrstvového vlnovodu lítiumniobátu dosiahnuť úroveň 0,03 dB/cm a strata tenkovrstvového vlnovodu niobitanu lítneho má potenciál ďalej znižovať neustálym zlepšovaním technologickej úrovne v budúcnosti. Preto tenkovrstvový materiál niobátu lítneho bude vykazovať dobrý výkon pre pasívne svetelné štruktúry, ako je fotosyntetická dráha, skrat a mikrokruh.
Pokiaľ ide o generovanie svetla, iba InP má schopnosť priamo vyžarovať svetlo; Preto je pre aplikáciu mikrovlnných fotónov potrebné zaviesť svetelný zdroj na báze InP na fotonický integrovaný čip na báze LNOI spôsobom backloadingového zvárania alebo epitaxného rastu. Pokiaľ ide o moduláciu svetla, vyššie bolo zdôraznené, že tenkovrstvový materiál z niobátu lítneho ľahšie dosiahne väčšiu šírku modulačného pásma, nižšie polvlnové napätie a nižšiu prenosovú stratu ako InP a Si. Okrem toho je pre všetky mikrovlnné fotónové aplikácie nevyhnutná vysoká linearita elektrooptickej modulácie tenkovrstvových materiálov z niobátu lítneho.
Čo sa týka optického smerovania, vysokorýchlostná elektrooptická odozva tenkovrstvového lítiumniobátového materiálu robí optický prepínač založený na LNOI schopným vysokorýchlostného prepínania optického smerovania a spotreba energie takéhoto vysokorýchlostného prepínania je tiež veľmi nízka. Pre typickú aplikáciu integrovanej mikrovlnnej fotónovej technológie má opticky riadený čip formujúci lúč schopnosť vysokorýchlostného prepínania, aby vyhovoval potrebám skenovania rýchlym lúčom, a charakteristiky ultra nízkej spotreby energie sú dobre prispôsobené prísnym požiadavkám veľkých -škálový fázový systém. Hoci optický prepínač založený na InP môže tiež realizovať vysokorýchlostné prepínanie optickej cesty, spôsobí to veľký šum, najmä ak je viacúrovňový optický prepínač kaskádovaný, koeficient šumu sa vážne zhorší. Materiály kremíka, SiO2 a nitridu kremíka môžu prepínať optické dráhy iba prostredníctvom termo-optického efektu alebo efektu disperzie nosiča, čo má nevýhody vysokej spotreby energie a nízkej rýchlosti prepínania. Keď je veľkosť poľa fázovaného poľa veľká, nemôže spĺňať požiadavky na spotrebu energie.
Z hľadiska optického zosilnenia jepolovodičový optický zosilňovač (SOA) založený na InP bol zrelý na komerčné použitie, ale má nevýhody vysokého koeficientu šumu a nízkeho saturačného výstupného výkonu, čo neprospieva aplikácii mikrovlnných fotónov. Proces parametrického zosilnenia tenkovrstvového lítiumniobátového vlnovodu založený na periodickej aktivácii a inverzii môže dosiahnuť nízky šum a vysokovýkonné optické zosilnenie na čipe, ktoré môže dobre spĺňať požiadavky integrovanej mikrovlnnej fotónovej technológie na optické zosilnenie na čipe.
Pokiaľ ide o detekciu svetla, tenkovrstvový niobát lítny má dobré prenosové vlastnosti na svetlo v pásme 1550 nm. Funkciu fotoelektrickej konverzie nie je možné realizovať, takže pre mikrovlnné fotónové aplikácie, aby sa splnili potreby fotoelektrickej konverzie na čipe. Detekčné jednotky InGaAs alebo Ge-Si je potrebné zaviesť na fotonické integrované čipy založené na LNOI pomocou spätného zvárania alebo epitaxného rastu. Pokiaľ ide o spojenie s optickým vláknom, pretože samotné optické vlákno je materiál Si02, má režimové pole vlnovodu Si02 najvyšší stupeň zhody s režimovým poľom optického vlákna a spojenie je najpohodlnejšie. Priemer poľa režimu silne obmedzeného vlnovodu tenkovrstvového niobátu lítneho je asi 1 μm, čo je celkom odlišné od poľa režimu optického vlákna, takže sa musí vykonať správna bodová transformácia režimu, aby zodpovedala poľu režimu optického vlákna.
Pokiaľ ide o integráciu, to, či rôzne materiály majú vysoký integračný potenciál, závisí najmä od polomeru ohybu vlnovodu (ovplyvneného obmedzením poľa režimu vlnovodu). Silne obmedzený vlnovod umožňuje menší polomer ohybu, čo viac prispieva k realizácii vysokej integrácie. Preto tenkovrstvové vlnovody z niobátu lítneho majú potenciál dosiahnuť vysokú integráciu. Vzhľad tenkého filmu niobátu lítneho preto umožňuje, aby materiál niobátu lítneho skutočne zohrával úlohu optického „kremíka“. Pre aplikáciu mikrovlnných fotónov sú výhody tenkovrstvového niobátu lítneho zreteľnejšie.
Čas odoslania: 23. apríla 2024