Висока линеарностелектрооптички модулатори примена микроталасних фотона
Са све већим захтевима комуникационих система, како би се додатно побољшала ефикасност преноса сигнала, људи ће спајати фотоне и електроне како би постигли комплементарне предности, и родиће се микроталасна фотоника. Електрооптички модулатор је потребан за конверзију електричне енергије у светлост у...Микроталасни фотонски системи, и овај кључни корак обично одређује перформансе целог система. Пошто је конверзија радиофреквентног сигнала у оптички домен аналогни сигнални процес, а уобичајениелектрооптички модулаториимају инхерентну нелинеарност, постоји озбиљно изобличење сигнала у процесу конверзије. Да би се постигла приближна линеарна модулација, радна тачка модулатора је обично фиксирана на ортогоналној тачки пристрасности, али и даље не може да испуни захтеве микроталасне фотонске везе за линеарност модулатора. Хитно су потребни електрооптички модулатори са високом линеарношћу.
Модулација индекса преламања велике брзине силицијумских материјала обично се постиже ефектом дисперзије плазме слободних носилаца (FCD). И FCD ефекат и модулација PN споја су нелинеарне, што чини силицијумски модулатор мање линеарним од литијум-ниобатног модулатора. Литијум-ниобатни материјали показују одличне...електрооптичка модулацијасвојства због њиховог Пукеровог ефекта. Истовремено, материјал литијум ниобата има предности великог пропусног опсега, добрих модулационих карактеристика, малих губитака, лаке интеграције и компатибилности са полупроводничким процесом, коришћење танкослојног литијум ниобата за израду високоперформансних електрооптичких модулатора, у поређењу са силицијумом готово да нема „кратке плоче“, али и да би се постигла висока линеарност. Танкослојни литијум ниобат (LNOI) електрооптички модулатор на изолатору постао је обећавајући правац развоја. Са развојем технологије припреме материјала танког филма литијум ниобата и технологије нагризања таласовода, висока ефикасност конверзије и већа интеграција танкослојног литијум ниобата електрооптичког модулатора постали су област међународне академске заједнице и индустрије.
Карактеристике танког филма литијум ниобата
У Сједињеним Државама, DAP AR планирање је направило следећу процену литијум-ниобатних материјала: ако је центар електронске револуције назван по силицијумском материјалу који је омогућава, онда ће место рођења фотонске револуције вероватно бити названо по литијум-ниобату. То је зато што литијум-ниобат интегрише електрооптички ефекат, акустооптички ефекат, пиезоелектрични ефекат, термоелектрични ефекат и фоторефрактивни ефекат у једном, баш као и силицијумски материјали у области оптике.
Што се тиче карактеристика оптичког преноса, InP материјал има највећи губитак преноса на чипу због апсорпције светлости у уобичајено коришћеном опсегу од 1550 нм. SiO2 и силицијум нитрид имају најбоље карактеристике преноса, а губитак може достићи ниво од ~ 0,01 dB/cm; Тренутно, губитак таласовода танкослојног литијум ниобатног таласовода може достићи ниво од 0,03 dB/cm, а губитак танкослојног литијум ниобатног таласовода има потенцијал да се додатно смањи уз континуирано побољшање технолошког нивоа у будућности. Стога ће танкослојни литијум ниобатни материјал показати добре перформансе за пасивне светлосне структуре као што су фотосинтетски пут, шант и микропрстен.
Што се тиче генерисања светлости, само InP има способност да директно емитује светлост; Стога је за примену микроталасних фотона неопходно увести извор светлости заснован на InP на интегрисани фотонски чип заснован на LNOI путем заваривања са задњим оптерећењем или епитаксијалног раста. Што се тиче модулације светлости, горе је наглашено да је танкослојни литијум-ниобатни материјал лакши за постизање већег пропусног опсега модулације, нижег полуталасног напона и мањих губитака преноса него InP и Si. Штавише, висока линеарност електрооптичке модулације танкослојних литијум-ниобатних материјала је неопходна за све примене микроталасних фотона.
Што се тиче оптичког усмеравања, брзи електрооптички одзив танког филма литијум ниобата чини оптички прекидач заснован на LNOI способним за брзо оптичко усмеравање, а потрошња енергије таквог брзог пребацивања је такође веома ниска. За типичну примену интегрисане микроталасне фотонске технологије, оптички контролисани 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 система фазираних низова великих размера. Иако оптички прекидач заснован на InP-у такође може да оствари брзо оптичко пребацивање путање, он ће унети велику буку, посебно када је вишеслојни оптички прекидач каскадно повезан, коефицијент шума ће бити озбиљно погоршан. Материјали од силицијума, SiO2 и силицијум нитрида могу да пребаце оптичке путање само путем термооптичког ефекта или ефекта дисперзије носача, што има недостатке велике потрошње енергије и мале брзине пребацивања. Када је величина низа фазираних низова велика, он не може да задовољи захтеве потрошње енергије.
Што се тиче оптичког појачања,полупроводнички оптички појачавач (Сертификована оријентација (SOA)) заснован на InP је зрео за комерцијалну употребу, али има недостатке високог коефицијента шума и ниске излазне снаге засићења, што није погодно за примену микроталасних фотона. Процес параметријског појачавања танкослојног литијум-ниобатног таласовода заснован на периодичној активацији и инверзији може постићи нискошумно и високоснажно оптичко појачавање на чипу, што може добро да задовољи захтеве интегрисане технологије микроталасних фотона за оптичко појачавање на чипу.
Што се тиче детекције светлости, танки филм литијум ниобата има добре карактеристике преноса светлости у опсегу од 1550 nm. Функција фотоелектричне конверзије се не може реализовати, па се за примене микроталасних фотона, како би се задовољиле потребе фотоелектричне конверзије на чипу, потребно је увести InGaAs или Ge-Si јединице за детекцију на интегрисане фотонске чипове засноване на LNOI путем заваривања са задњим оптерећењем или епитаксијалног раста. Што се тиче спрезања са оптичким влакнима, пошто је само оптичко влакно SiO2 материјал, модно поље SiO2 таласовода има највећи степен подударања са модним пољем оптичког влакна, а спрезање је најпогодније. Пречник модног поља јако ограниченог таласовода танког филма литијум ниобата је око 1μm, што се прилично разликује од модног поља оптичког влакна, тако да се мора извршити одговарајућа трансформација модне тачке како би се подударило са модним пољем оптичког влакна.
Што се тиче интеграције, да ли различити материјали имају висок потенцијал интеграције зависи углавном од радијуса савијања таласовода (на који утиче ограничење модалног поља таласовода). Јако ограничен таласовод омогућава мањи радијус савијања, што је погодније за реализацију високе интеграције. Стога, таласоводи са танким филмом литијум ниобата имају потенцијал да постигну високу интеграцију. Стога, појава танког филма литијум ниобата омогућава материјалу литијум ниобата да заиста игра улогу оптичког „силицијума“. За примену микроталасних фотона, предности танког филма литијум ниобата су очигледније.
Време објаве: 23. април 2024.