Hoë lineariteitelektro-optiese modulatoren mikrogolffotontoepassing
Met die toenemende vereistes van kommunikasiestelsels, om die oordragdoeltreffendheid van seine verder te verbeter, sal mense fotone en elektrone saamsmelt om komplementêre voordele te behaal, en mikrogolffotonika sal gebore word. Die elektro-optiese modulator is nodig vir die omskakeling van elektrisiteit na lig inmikrogolf fotoniese stelsels, en hierdie sleutelstap bepaal gewoonlik die werkverrigting van die hele stelsel. Aangesien die omskakeling van radiofrekwensiesein na optiese domein 'n analoog seinproses is, en gewoneelektro-optiese modulatorsinherente nie-lineariteit het, is daar ernstige seinvervorming in die omskakelingsproses. Om benaderde lineêre modulasie te bereik, word die bedryfspunt van die modulator gewoonlik vasgestel op die ortogonale voorspanningspunt, maar dit kan steeds nie aan die vereistes van mikrogolffotonskakel vir die lineariteit van die modulator voldoen nie. Elektro-optiese modulators met hoë lineariteit word dringend benodig.
Die hoëspoed-brekingsindeksmodulasie van silikonmateriale word gewoonlik bereik deur die vrye draerplasma-dispersie (FCD) effek. Beide die FCD-effek en PN-voegvlakmodulasie is nie-lineêr, wat die silikonmodulator minder lineêr maak as die litiumniobatmodulator. Litiumniobatmateriale vertoon uitstekendeelektro-optiese modulasieeienskappe as gevolg van hul Pucker-effek. Terselfdertyd het litiumniobatmateriaal die voordele van groot bandwydte, goeie modulasie-eienskappe, lae verlies, maklike integrasie en versoenbaarheid met halfgeleierprosesse, die gebruik van dunfilm-litiumniobat om hoëprestasie-elektro-optiese modulator te maak, in vergelyking met silikon byna geen "kort plaat" nie, maar ook om hoë lineariteit te bereik. Dunfilm-litiumniobat (LNOI) elektro-optiese modulator op isolator het 'n belowende ontwikkelingsrigting geword. Met die ontwikkeling van dunfilm-litiumniobatmateriaalvoorbereidingstegnologie en golfgeleier-etstegnologie, het die hoë omskakelingsdoeltreffendheid en hoër integrasie van dunfilm-litiumniobat-elektro-optiese modulator die veld van internasionale akademie en nywerheid geword.
Eienskappe van dunfilm litiumniobat
In die Verenigde State het DAP AR-beplanning die volgende evaluering van litiumniobatmateriale gemaak: as die middelpunt van die elektroniese rewolusie vernoem word na die silikonmateriaal wat dit moontlik maak, dan sal die geboorteplek van die fotonika-rewolusie waarskynlik na litiumniobat vernoem word. Dit is omdat litiumniobat die elektro-optiese effek, akoesto-optiese effek, piezo-elektriese effek, termo-elektriese effek en fotorefraktiewe effek in een integreer, net soos silikonmateriale in die veld van optika.
In terme van optiese transmissie-eienskappe, het InP-materiaal die grootste transmissieverlies op die skyfie as gevolg van die absorpsie van lig in die algemeen gebruikte 1550 nm-band. SiO2 en silikonnitried het die beste transmissie-eienskappe, en die verlies kan die vlak van ~ 0.01 dB/cm bereik; Tans kan die golfgeleierverlies van dunfilm-litiumniobat-golfgeleier die vlak van 0.03 dB/cm bereik, en die verlies van dunfilm-litiumniobat-golfgeleier het die potensiaal om verder verminder te word met die voortdurende verbetering van die tegnologiese vlak in die toekoms. Daarom sal die dunfilm-litiumniobatmateriaal goeie werkverrigting toon vir passiewe ligstrukture soos fotosintetiese pad, shunt en mikroring.
In terme van ligopwekking, het slegs InP die vermoë om lig direk uit te straal; Daarom is dit vir die toepassing van mikrogolffotone nodig om die InP-gebaseerde ligbron op die LNOI-gebaseerde fotoniese geïntegreerde skyfie in te voer deur middel van teruglaai-sweising of epitaksiale groei. In terme van ligmodulasie is hierbo beklemtoon dat dunfilm-litiumniobatmateriaal makliker groter modulasiebandwydte, laer halfgolfspanning en laer transmissieverlies as InP en Si bereik. Boonop is die hoë lineariteit van elektro-optiese modulasie van dunfilm-litiumniobatmateriale noodsaaklik vir alle mikrogolffotontoepassings.
In terme van optiese roetering, maak die hoëspoed elektro-optiese reaksie van dunfilm litium niobaatmateriaal die LNOI-gebaseerde optiese skakelaar in staat tot hoëspoed optiese roeteringskakeling, en die kragverbruik van sulke hoëspoedskakeling is ook baie laag. Vir die tipiese toepassing van geïntegreerde mikrogolffotontegnologie, het die opties beheerde bundelvormingskyfie die vermoë van hoëspoedskakeling om aan die behoeftes van vinnige bundelskandering te voldoen, en die eienskappe van ultra-lae kragverbruik is goed aangepas by die streng vereistes van grootskaalse gefaseerde skikkingstelsels. Alhoewel die InP-gebaseerde optiese skakelaar ook hoëspoed optiese padskakeling kan realiseer, sal dit groot geraas veroorsaak, veral wanneer die multivlak optiese skakelaar gekaskadeer word, sal die geraaskoëffisiënt ernstig versleg. Silikon-, SiO2- en silikonnitriedmateriale kan slegs optiese paaie skakel deur die termo-optiese effek of draerdispersie-effek, wat die nadele van hoë kragverbruik en stadige skakelspoed het. Wanneer die skikkinggrootte van die gefaseerde skikking groot is, kan dit nie aan die vereistes van kragverbruik voldoen nie.
In terme van optiese versterking, diehalfgeleier optiese versterker (SOA) gebaseer op InP is volwasse vir kommersiële gebruik, maar dit het die nadele van 'n hoë geraaskoëffisiënt en lae versadigingsuitsetkrag, wat nie bevorderlik is vir die toepassing van mikrogolffotone nie. Die parametriese versterkingsproses van dunfilm-litiumniobatgolfleier gebaseer op periodieke aktivering en inversie kan lae geraas en hoë krag op-skyfie optiese versterking bereik, wat goed kan voldoen aan die vereistes van geïntegreerde mikrogolffotontegnologie vir op-skyfie optiese versterking.
Wat ligdeteksie betref, het die dunfilm-litiumniobat goeie transmissie-eienskappe na lig in die 1550 nm-band. Die funksie van fotoëlektriese omskakeling kan nie gerealiseer word nie, dus vir mikrogolffotontoepassings, om aan die behoeftes van fotoëlektriese omskakeling op die skyfie te voldoen, moet InGaAs- of Ge-Si-deteksie-eenhede op LNOI-gebaseerde fotoniese geïntegreerde skyfies ingebring word deur teruglaai-sweising of epitaksiale groei. Wat koppeling met optiese vesel betref, omdat die optiese vesel self SiO2-materiaal is, het die modusveld van die SiO2-golfleier die hoogste ooreenstemmingsgraad met die modusveld van optiese vesel, en die koppeling is die gerieflikste. Die modusvelddiameter van die sterk beperkte golfleier van dunfilm-litiumniobat is ongeveer 1μm, wat heel anders is as die modusveld van optiese vesel, dus moet behoorlike modusvlektransformasie uitgevoer word om by die modusveld van optiese vesel te pas.
In terme van integrasie, hang die hoë integrasiepotensiaal van verskeie materiale hoofsaaklik af van die buigradius van die golfgeleier (beïnvloed deur die beperking van die golfgeleiermodusveld). Die sterk beperkte golfgeleier laat 'n kleiner buigradius toe, wat meer bevorderlik is vir die verwesenliking van hoë integrasie. Daarom het dunfilm-litiumniobat-golfgidse die potensiaal om hoë integrasie te bereik. Daarom maak die voorkoms van dunfilm-litiumniobat dit moontlik vir litiumniobatmateriaal om werklik die rol van optiese "silikon" te speel. Vir die toepassing van mikrogolffotone is die voordele van dunfilm-litiumniobat meer voor die hand liggend.
Plasingstyd: 23 Apr-2024