Висока линеарностелектро-оптички модулатори примена микроталасних фотона
Са све већим захтевима комуникационих система, у циљу даљег побољшања ефикасности преноса сигнала, људи ће спајати фотоне и електроне како би постигли комплементарне предности, а родиће се и микроталасна фотоника. Електро-оптички модулатор је потребан за претварање електричне енергије у светлостмикроталасни фотонски системи, а овај кључни корак обично одређује перформансе целог система. Пошто је конверзија радиофреквентног сигнала у оптички домен процес аналогног сигнала, и то обичанелектро-оптички модулаториимају инхерентну нелинеарност, постоји озбиљно изобличење сигнала у процесу конверзије. Да би се постигла приближна линеарна модулација, радна тачка модулатора је обично фиксирана на тачки ортогоналног пристрасности, али још увек не може да испуни захтеве микроталасне фотонске везе за линеарност модулатора. Хитно су потребни електрооптички модулатори високе линеарности.
Модулација индекса преламања велике брзине силицијумских материјала обично се постиже ефектом дисперзије плазме слободних носача (ФЦД). И ФЦД ефекат и модулација ПН споја су нелинеарни, што чини силицијумски модулатор мање линеарним од модулатора литијум ниобата. Материјали литијум ниобата показују одличне резултатеелектрооптичка модулацијасвојства због њиховог Пуцкер ефекта. У исто време, материјал литијум ниобата има предности великог пропусног опсега, добрих карактеристика модулације, малог губитка, лаке интеграције и компатибилности са полупроводничким процесом, употребе танког филма литијум ниобата за израду електро-оптичког модулатора високих перформанси, у поређењу са силицијумом. скоро да нема „кратке плоче“, али и да постигне високу линеарност. Танкослојни литијум ниобатни (ЛНОИ) електро-оптички модулатор на изолатору постао је обећавајући правац развоја. Са развојем технологије припреме танкослојног литијум ниобата материјала и технологије јеткања таласоводом, висока ефикасност конверзије и већа интеграција електрооптичког модулатора танког филма литијум ниобата постала је област међународне академије и индустрије.
Карактеристике танког филма литијум ниобата
У Сједињеним Државама ДАП АР планирање је извршило следећу процену материјала литијум ниобата: ако је центар електронске револуције назван по силицијумском материјалу који то омогућава, онда ће место рођења фотоничке револуције вероватно бити названо по литијум ниобату . То је зато што литијум ниобат интегрише електро-оптички ефекат, акусто-оптички ефекат, пиезоелектрични ефекат, термоелектрични ефекат и фоторефрактивни ефекат у једном, баш као и силицијумски материјали у области оптике.
Што се тиче карактеристика оптичког преноса, ИнП материјал има највећи губитак преноса на чипу због апсорпције светлости у уобичајеном опсегу од 1550 нм. СиО2 и силицијум нитрид имају најбоље карактеристике преноса, а губитак може достићи ниво од ~ 0,01дБ/цм; Тренутно, губитак таласовода танкослојног литијум ниобатног таласовода може да достигне ниво од 0,03 дБ/цм, а губитак танкослојног литијум ниобатног таласовода има потенцијал да се даље смањи уз континуирано побољшање технолошког нивоа у будућност. Због тога ће танкослојни литијум ниобатни материјал показати добре перформансе за пасивне светлосне структуре као што су фотосинтетски пут, шант и микропрстен.
Што се тиче стварања светлости, само ИнП има способност да директно емитује светлост; Због тога је за примену микроталасних фотона неопходно увести извор светлости заснован на ИнП на фотоничком интегрисаном чипу базираном на ЛНОИ методом заваривања или епитаксијалног раста. Што се тиче модулације светлости, горе је наглашено да је танкослојни литијум ниобатни материјал лакше постићи већи опсег модулације, нижи полуталасни напон и мањи губитак преноса него ИнП и Си. Штавише, висока линеарност електро-оптичке модулације танкослојних материјала литијум ниобата је неопходна за све примене микроталасних фотона.
Што се тиче оптичког рутирања, електрооптички одзив велике брзине од танкослојног литијум ниобата материјала чини оптички прекидач заснован на ЛНОИ способним за брзо пребацивање оптичког рутирања, а потрошња енергије таквог брзог пребацивања је такође веома ниска. За типичну примену интегрисане микроталасне фотонске технологије, оптички контролисан чип за формирање снопа има могућност брзог пребацивања како би задовољио потребе брзог скенирања снопа, а карактеристике ултра-ниске потрошње енергије су добро прилагођене строгим захтевима великих -систем фазних низова. Иако оптички прекидач заснован на ИнП-у такође може да реализује брзо пребацивање оптичке путање, он ће унети велики шум, посебно када је оптички прекидач на више нивоа каскадно, коефицијент шума ће бити озбиљно погоршан. Силицијум, СиО2 и материјали силицијум нитрида могу само да мењају оптичке путеве кроз термо-оптички ефекат или ефекат дисперзије носача, што има недостатке велике потрошње енергије и мале брзине пребацивања. Када је величина низа фазног низа велика, не може испунити захтеве потрошње енергије.
У погледу оптичког појачања,полупроводнички оптички појачивач (СОА) заснован на ИнП је зрео за комерцијалну употребу, али има недостатке високог коефицијента буке и ниске излазне снаге засићења, што није погодно за примену микроталасних фотона. Процес параметарског појачања танкослојног литијум-ниобатног таласовода заснованог на периодичној активацији и инверзији може постићи оптичко појачање ниске буке и велике снаге на чипу, што може добро испунити захтеве интегрисане микроталасне фотонске технологије за оптичко појачање на чипу.
Што се тиче детекције светлости, танкослојни литијум ниобат има добре карактеристике преноса на светлост у опсегу од 1550 нм. Функција фотоелектричне конверзије се не може реализовати, тако да за микроталасне фотонске апликације, како би се задовољиле потребе фотоелектричне конверзије на чипу. ИнГаАс или Ге-Си јединице за детекцију треба да се уведу на фотонске интегрисане чипове базиране на ЛНОИ заваривањем или епитаксијалним растом. У погледу спајања са оптичким влакном, пошто је само оптичко влакно СиО2 материјал, поље мода СиО2 таласовода има највећи степен подударања са пољем мода оптичког влакна, а спајање је најпогодније. Пречник поља мода јако ограниченог таласовода танког филма литијум ниобата је око 1 μм, што се прилично разликује од поља мода оптичког влакна, тако да се мора извршити одговарајућа трансформација тачке како би одговарала пољу мода оптичког влакна.
У смислу интеграције, да ли различити материјали имају висок интеграциони потенцијал зависи углавном од радијуса савијања таласовода (на који утиче ограничење поља модова таласовода). Снажно ограничен таласовод омогућава мањи радијус савијања, што је погодније за реализацију високе интеграције. Стога, танкослојни литијум ниобатни таласоводи имају потенцијал да постигну високу интеграцију. Стога, појава танког филма литијум ниобата омогућава да материјал литијум ниобата заиста игра улогу оптичког „силицијума“. За примену микроталасних фотона, предности танког филма литијум ниобата су очигледније.
Време поста: 23. април 2024