Výhody a význam tenkého filmu lítium niobate v integrovanej technológii mikrovlnnej fotónovej technológie
Mikrovlnná technológia fotónovMá výhody veľkej pracovnej šírky pásma, silnej paralelnej schopnosti spracovania a nízkej straty prenosu, ktorá má potenciál prelomiť technické prekážku tradičného mikrovlnného systému a zlepšiť výkon vojenských elektronických informačných zariadení, ako je radar, elektronická vojna, komunikácia a meranie a kontrola. Avšak mikrovlnný fotónový systém založený na diskrétnych zariadeniach má určité problémy, ako je veľká objem, ťažká hmotnosť a zlá stabilita, ktoré vážne obmedzujú aplikáciu mikrovlnnej fotónovej technológie vo vesmírnych a vzdušných platformách. Preto sa integrovaná technológia mikrovlnnej fotónovej technológie stáva dôležitou podporou na prelomenie aplikácie mikrovlnného fotónu vo vojenskom elektronickom informačnom systéme a poskytuje úplnú hru výhodám mikrovlnnej fotónovej technológie.
V súčasnosti sa technológia fotonickej integrácie založenej na SI a technológia fotonickej integrácie založenej na INP stali čoraz vyspelejšími po rokoch vývoja v oblasti optickej komunikácie a na trh bolo uvedených veľa produktov. Avšak pri aplikácii mikrovlnného fotónu existujú niektoré problémy v týchto dvoch druhoch technológií integrácie fotónov: napríklad nelineárny elektrooptický koeficient SI modulátora a modulátora INP je v rozpore s vysokou linearitou a veľkými dynamickými charakteristikami sledovanými mikrovlnnou fotónovou technológiou; Napríklad kremíkový optický spínač, ktorý realizuje prepínanie optickej cesty, či už na základe tepelného optického efektu, piezoelektrického efektu alebo efektu disperzného vstrekovania nosiča, má problémy s pomalým rýchlosti prepínania, spotreby energie a spotreby tepla, ktoré nemôžu splniť rýchle skenovanie a veľké mokrové aplikácie v mikrofratovaní.
Littium niobate bol vždy prvou voľbou pre vysokú rýchlosťelektrooptická moduláciaMateriály kvôli svojmu vynikajúcemu lineárnemu elektrooptickému účinku. Avšak tradičný lítium niobateelektromoptický modulátorje vyrobený z masívneho kryštálového materiálu lítium niobate a veľkosť zariadenia je veľmi veľká, čo nemôže uspokojiť potreby integrovanej technológie mikrovlnnej fotónovej technológie. Ako integrovať materiály lítium niobate s lineárnym elektrooptickým koeficientom do integrovaného technologického systému mikrovlnnej fotónovej technológie sa stal cieľom príslušných výskumných pracovníkov. V roku 2018 výskumný tím z Harvardskej univerzity v Spojených štátoch prvýkrát oznámil technológiu fotonickej integrácie založenej na tenkom filme lítium niobate v prírode, pretože táto technológia má výhody vysokej integrácie, veľkej elektrooptickej modulačnej šírky pásma a vysokej linearity elektroptického efektu, po spustení okamžite spôsobila akademickú a priemyselnú pozornosť v poli fotoonikálnej integrácie a mikrofernosť fotooniky. Z hľadiska aplikácie mikrovlnných fotónov tento dokument prehodnocuje vplyv a význam technológie integrácie fotónov založenej na tenkom filme lítium niobate na vývoj technológie mikrovlnnej fotónovej technológie.
Tenký film lítium niobate Material a tenký filmmodulátor lítium
V posledných dvoch rokoch sa objavil nový typ materiálu lítium niobate, to znamená, že film lítium niobate je odlupovaný z masívnej vrstvy lítium niobátu pomocou metódy „iónového krájania“ a viazaného na materiál s limitom SI, ktorý sa nazýva LITIMATNATE SILICA. Vlnovody hrebeň s výškou viac ako 100 nanometrov môžu byť vyleptané na tenký film lítium niobate materiálu pomocou optimalizovaného procesu suchého leptania a účinný rozdiel indexu lomu vytvoreným vlnovodom môže dosiahnuť viac ako 0,8 (oveľa vyšší ako rozdiel v indexe lomu, ktorý je ľahký na políčko, u ľahkej polí sa na poliach v prípade mikrofónu. Navrhovanie modulátora. Preto je prospešné dosiahnuť nižšie napätie vlny a väčšiu šírku pásma modulácie v kratšej dĺžke.
Vzhľad submikónového vlnovodu s nízkym stratou lítium niobate prelomí úzke miesto vysokého pohonného napätia tradičného elektrooptického modulátora lítium niobate. Rozstup elektród sa môže znížiť na ~ 5 μm a prekrývanie medzi elektrickým poľom a poľa optického režimu sa výrazne zvýši a Vπ · L klesá z viac ako 20 V · cm na menej ako 2,8 V · cm. Preto sa pod rovnakým napätím vlny môže dĺžka zariadenia výrazne znížiť v porovnaní s tradičným modulátorom. Súčasne po optimalizácii parametrov šírky, hrúbky a intervalu elektródy prechádzajúcej vlny, ako je to znázornené na obrázku, môže mať modulátor schopnosť ultra vysokej modulačnej šírky pásma väčšiu ako 100 GHz.
Obrázok
Obr.2 （a） vlnová a elektródová štruktúra a （B） jadrová doska modulátora LN
Porovnanie modulátorov tenkého filmu lítium niobate s tradičnými komerčnými modulátormi lítium niobate, modulátormi na báze kremíka a modulátormi fosfidu india (INP) a ďalšími existujúcimi vysokorýchlostnými elektrooptickými modulátormi, hlavnými parametrami porovnávania:
(1) produkt s dĺžkou vlny vlny (vπ · l, v · cm), meranie účinnosti modulácie modulátora, čím menšia je hodnota, tým vyššia je účinnosť modulácie;
(2) 3 dB modulačná šírka pásma (GHZ), ktorá meria reakciu modulátora na vysokofrekvenčnú moduláciu;
(3) Strata optického vloženia (DB) v modulačnej oblasti. Z tabuľky je zrejmé, že tenký filmový lítium niobate modulátor má zjavné výhody pri modulačnej šírke pásma, napätie napätia vlny, straty optickej interpolácie atď.
Kremík, ako základný kameň integrovanej optoelektroniky, bol doteraz vyvinutý, proces je zrelý, jeho miniaturizácia vedie k rozsiahlej integrácii aktívnych/pasívnych zariadení a jeho modulátor bol široko a hlboko študovaný v oblasti optickej komunikácie. Elektrooptickým modulačným mechanizmom kremíka je predovšetkým deplovanie nosičov, vstrekovanie nosiča a akumulácia nosiča. Medzi nimi je šírka pásma modulátora optimálna s mechanizmom vyčerpania lineárneho stupňa, ale pretože sa distribúcia optického poľa prekrýva s nejednotnosťou deplečnej oblasti, tento účinok zavedie nelineárne skreslenie druhého rádu a intermodulačné pojmy v treťom poriadku, ktorý bude viesť k redukcii optórnej módy agifikácie.
Modulátor INP má vynikajúce elektrooptické efekty a štruktúra viacvrstvovej kvantovej jamky si môže uvedomiť ultra vysokú rýchlosť a modulátory nízkeho hnacieho napätia s Vπ · L až 0,156 V · mm. Variácia indexu lomu s elektrickým poľom však zahŕňa lineárne a nelineárne výrazy a zvýšenie intenzity elektrického poľa sa zvýši významný efekt druhého poriadku. Preto elektromooptické modulátory kremíka a INP musia pri práci uplatniť skreslenie na vytvorenie križovatky PN, a križovatka PN prinesie na svetlo absorpčnú stratu. Veľkosť modulátora z týchto dvoch je však malá, komerčná veľkosť modulátora INP je 1/4 modulátora LN. Vysoká účinnosť modulácie, vhodná pre siete s vysokou hustotou a digitálnymi optickými prenosovými sieťami, ako sú dátové centrá. Elektromoptický účinok lítium niobate nemá žiadny absorpčný mechanizmus a nízku stratu, čo je vhodné pre koherentné dlhé vzdialenostioptická komunikácias veľkou kapacitou a vysokou sadzbou. V mikrovlnnej fotónovej aplikácii sú elektrooptické koeficienty SI a INP nelineárne, čo nie je vhodné pre mikrovlnný fotónový systém, ktorý sleduje vysokú linearitu a veľkú dynamiku. Materiál lítium niobate je veľmi vhodný na aplikáciu mikrovlnnej fotónu kvôli jeho úplne lineárnemu elektromoptickému koeficientu modulácie.
Čas príspevku: 2. apríla-2024