Voordele en belangrikheid van dun film litium niobate in geïntegreerde mikrogolffoton -tegnologie
Mikrogolf foton -tegnologieHet die voordele van groot werkende bandwydte, sterk parallelle verwerkingsvermoë en lae transmissieverlies, wat die potensiaal het om die tegniese bottelnek van die tradisionele mikrogolfstelsel te verbreek en die prestasie van militêre elektroniese inligtingstoerusting soos radar, elektroniese oorlogvoering, kommunikasie en meting en beheer te verbeter. Die mikrogolf -fotonstelsel gebaseer op diskrete toestelle het egter probleme soos groot volume, swaar gewig en swak stabiliteit, wat die toepassing van mikrogolf -foton -tegnologie in ruimtedraagde en lugplatforms ernstig beperk. Daarom word geïntegreerde mikrogolf -foton -tegnologie 'n belangrike ondersteuning om die toepassing van mikrogolffoton in die militêre elektroniese inligtingstelsel te verbreek en die voordele van mikrogolffoton -tegnologie ten volle te speel.
Op die oomblik het SI-gebaseerde fotoniese integrasie-tegnologie en InP-gebaseerde fotoniese integrasie-tegnologie meer en meer volwasse geword na jare van ontwikkeling op die gebied van optiese kommunikasie, en baie produkte is in die mark geplaas. Vir die toepassing van mikrogolffoton is daar egter 'n paar probleme in hierdie twee soorte fotonintegrasie-tegnologieë: byvoorbeeld, die nie-lineêre elektro-optiese koëffisiënt van SI-modulator en INP-modulator is strydig met die hoë lineariteit en groot dinamiese eienskappe wat deur mikrogolffoton-tegnologie nagestreef word; Byvoorbeeld, die silikon-optiese skakelaar wat die optiese padskakeling besef, of dit nou gebaseer is op termiese-optiese effek, piëzo-elektriese effek, of die verspreiding van die verspreiding van draer, het die probleme met die snelheid van die snelheid, kragverbruik en hitteverbruik, wat nie aan die vinnige balk-skandering en groot foton-toepassings met groot skaal kan voldoen nie.
Litium niobaat was nog altyd die eerste keuse vir hoë snelheidelektro-optiese modulasieMateriaal vanweë die uitstekende lineêre elektro-optiese effek. Die tradisionele litium niobaatelektro-optiese modulatoris gemaak van massiewe litium -niobaat kristalmateriaal, en die grootte van die toestel is baie groot, wat nie aan die behoeftes van geïntegreerde mikrogolffoton -tegnologie kan voldoen nie. Hoe om litiumniobaatmateriaal met lineêre elektro-optiese koëffisiënt in die geïntegreerde mikrogolf-foton-tegnologie-stelsel te integreer, het die doel van relevante navorsers geword. In 2018 het 'n navorsingspan van die Harvard-universiteit in die Verenigde State die eerste keer die fotoniese integrasietegnologie berig op grond van dun film litium niobate in die natuur, omdat die tegnologie die voordele van hoë integrasie, groot elektro-optiese modulasie-bandwydte het, en die hoë lineariteit van elektro-optiese effek, wat eens van stapel gestuur is, het dit onmiddellik die akademiese en industriële aandag in die veld van fotoniese integrasie veroorsaak. Vanuit die perspektief van die mikrogolf -foton -toepassing, beoordeel hierdie artikel die invloed en belangrikheid van foton -integrasie -tegnologie gebaseer op dun film litium niobate op die ontwikkeling van mikrogolffoton -tegnologie.
Dun film litium niobaatmateriaal en dun filmLitium niobaatmodulator
In die afgelope twee jaar het 'n nuwe soort litium-niobaatmateriaal na vore gekom, dit wil sê die litiumniobaatfilm word van die massiewe litium-niobaat kristal afgeskaf deur die metode van 'ioon-sny' en vasgemaak aan die Si-wafer met 'n silika-bufferlaag om LNOI (Linbo3-on-Insulator) te vorm. Ridge -golfleidings met 'n hoogte van meer as 100 nanometers kan op dun film litium niobaatmateriaal geëtste word deur 'n geoptimaliseerde droë etsproses, en die effektiewe brekingsindeksverskil van die golfleiers wat gevorm word, kan meer as 0,8 (veel hoër as die brekingsindeksverskil van tradisionele lithium -niobaatgolfgolfe van 0,02) bereik, en dit pas in Figuur 1. Die sterk beperkte golfgolf Ligte veld met die mikrogolfveld wanneer u die modulator ontwerp. Dit is dus voordelig om laer halfgolfspanning en groter modulasiebandbreedte in 'n korter lengte te bereik.
Die voorkoms van lae-verlies litium niobaat submikron golfleier breek die bottelnek van hoë dryfspanning van tradisionele litium-niobaat-elektro-optiese modulator. Die elektrode -spasiëring kan verminder word tot ~ 5 μm, en die oorvleueling tussen die elektriese veld en die optiese modusveld word aansienlik verhoog, en die Vπ · l neem af van meer as 20 V · cm tot minder as 2,8 V · cm. Daarom, onder dieselfde halfgolfspanning, kan die lengte van die toestel aansienlik verminder word in vergelyking met die tradisionele modulator. Terselfdertyd, na die optimalisering van die parameters van die breedte, dikte en interval van die reisgolfelektrode, soos getoon in die figuur, kan die modulator die vermoë hê van 'n ultra-hoë modulasie-bandwydte groter as 100 GHz.
Fig.1 （A） Berekende modusverspreiding en （B） Beeld van die dwarssnit van die LN-golfleier
Fig.2 （A） Golfgids- en elektrode -struktuur en （B） Kernplaat van die LN -modulator
Die vergelyking van dun film litiumniobaatmodulators met tradisionele litiumniobaat kommersiële modulators, silikon-gebaseerde modulators en indiumfosfied (INP) modulators en ander bestaande hoë-snelheid elektro-optiese modulators, die belangrikste parameters van die vergelyking sluit in:
(1) Halfgolf-volt-lengte produk (Vπ · L, V · cm), met die meting van die modulasiedoeltreffendheid van die modulator, hoe kleiner die waarde, hoe hoër is die modulasiedoeltreffendheid;
(2) 3 dB modulasiebandbreedte (GHz), wat die respons van die modulator op hoëfrekwensie-modulasie meet;
(3) Optiese invoegverlies (DB) in die modulasiegebied. Uit die tabel kan gesien word dat die dunfilm-litium-niobaatmodulator voor die hand liggende voordele in die modulasie-bandwydte, halfgolfspanning, optiese interpolasieverlies en so aan het.
Silikon, as die hoeksteen van geïntegreerde opto-elektronika, is tot dusver ontwikkel, die proses is volwasse, die miniatuur daarvan is bevorderlik vir die grootskaalse integrasie van aktiewe/passiewe toestelle, en die modulator is wyd en diep bestudeer op die gebied van optiese kommunikasie. Die elektro-optiese modulasiemeganisme van silikon is hoofsaaklik draer-uitputting, draerinspuiting en opeenhoping van draers. Onder hulle is die bandwydte van die modulator optimaal met die lineêre graaddraer-uitputtingsmeganisme, maar omdat die optiese veldverspreiding oorvleuel met die nie-eenvormigheid van die uitputtingsgebied, sal hierdie effek nie-lineêre tweede-orde verdraaiing en derde-orde intermodulasie-verdraaiingsterme lei, gekoppel aan die absorpsie-effek van die draer op die lig.
Die INP-modulator het uitstekende elektro-optiese effekte, en die multi-laag kwantumputstruktuur kan ultra-hoë tempo en lae dryfspanningsmodulators met Vπ · L tot 0.156V · mm realiseer. Die variasie van brekingsindeks met elektriese veld bevat egter lineêre en nie-lineêre terme, en die toename in elektriese veldintensiteit sal die tweede-orde effek prominent maak. Daarom moet silikon- en INP-elektro-optiese modulators vooroordeel toepas om PN-aansluiting te vorm wanneer hulle werk, en PN-aansluiting sal absorpsieverlies aan die lig bring. Die modulatorgrootte van hierdie twee is egter klein, die kommersiële INP -modulatorgrootte is 1/4 van die LN -modulator. Doeltreffendheid van hoë modulasies, geskik vir hoë -digtheid en kort afstand digitale optiese transmissienetwerke soos datasentrums. Die elektro-optiese effek van litiumniobaat het geen ligabsorpsiemeganisme en lae verlies nie, wat geskik is vir langafstandsamehangOptiese kommunikasiemet groot kapasiteit en hoë tarief. In die mikrogolf-foton-toepassing is die elektro-optiese koëffisiënte van Si en INP nie-lineêr, wat nie geskik is vir die mikrogolffotonstelsel wat 'n hoë lineariteit en groot dinamika nastreef nie. Die litiumniobaatmateriaal is baie geskik vir die toepassing van mikrogolffoton vanweë die heeltemal lineêre elektro-optiese modulasiekoëffisiënt.
Postyd: Apr-22-2024