Jedno od najvažnijih svojstava optičkog modulatora je njegova brzina modulacije ili propusnost, koja bi trebala biti barem jednako brza kao i dostupna elektronika. Tranzistori s tranzitnim frekvencijama znatno iznad 100 GHz već su demonstrirani u 90 nm silicijskoj tehnologiji, a brzina će se dodatno povećavati kako se smanjuje minimalna veličina značajke [1]. Međutim, propusnost današnjih silicijskih modulatora je ograničena. Silicij ne posjeduje χ(2)-nelinearnost zbog svoje centro-simetrične kristalne strukture. Korištenje napregnutog silicija već je dovelo do zanimljivih rezultata [2], ali nelinearnosti još uvijek ne dopuštaju praktične uređaje. Najsuvremeniji silicijski fotonski modulatori stoga se još uvijek oslanjaju na disperziju slobodnih nositelja u pn ili pin spojevima [3–5]. Pokazalo se da spojevi s prednjom polarizacijom pokazuju produkt napona i duljine nizak kao što je VπL = 0,36 V mm, ali brzina modulacije je ograničena dinamikom manjinskih nositelja. Ipak, brzine prijenosa podataka od 10 Gbit/s generirane su uz pomoć prenaglaska električnog signala [4]. Korištenjem obrnuto polariziranih spojeva, propusnost je povećana na oko 30 GHz [5,6], ali je produkt napona i duljine porastao na VπL = 40 V mm. Nažalost, takvi fazni modulatori s plazma efektom također proizvode neželjenu modulaciju intenziteta [7] i nelinearno reagiraju na primijenjeni napon. Napredni formati modulacije poput QAM-a zahtijevaju, međutim, linearni odziv i čistu faznu modulaciju, što iskorištavanje elektrooptičkog efekta (Pockelsov efekt [8]) čini posebno poželjnim.
2. SOH pristup
Nedavno je predložen pristup silicijsko-organskog hibrida (SOH) [9–12]. Primjer SOH modulatora prikazan je na slici 1(a). Sastoji se od valovoda s utorom koji vodi optičko polje i dvije silicijske trake koje električno spajaju optički valovod s metalnim elektrodama. Elektrode se nalaze izvan optičkog modalnog polja kako bi se izbjegli optički gubici [13], slika 1(b). Uređaj je obložen elektrooptičkim organskim materijalom koji ravnomjerno ispunjava utor. Modulirajući napon prenosi se metalnim električnim valovodom i pada preko utora zahvaljujući vodljivim silicijskim trakama. Rezultirajuće električno polje zatim mijenja indeks loma u utoru kroz ultrabrzi elektrooptički učinak. Budući da utor ima širinu reda veličine 100 nm, nekoliko volti je dovoljno za generiranje vrlo jakih modulirajućih polja koja su reda veličine dielektrične čvrstoće većine materijala. Struktura ima visoku učinkovitost modulacije jer su i modulirajuće i optičko polje koncentrirana unutar utora, slika 1(b) [14]. Doista, prve implementacije SOH modulatora s radom ispod volta [11] već su prikazane, a demonstrirana je sinusoidna modulacija do 40 GHz [15,16]. Međutim, izazov u izgradnji niskonaponskih brzih SOH modulatora je stvaranje visoko vodljive spojne trake. U ekvivalentnom krugu utor može biti predstavljen kondenzatorom C, a vodljive trake otpornicima R, slika 1(b). Odgovarajuća vremenska konstanta RC određuje propusnost uređaja [10,14,17,18]. Kako bi se smanjio otpor R, predloženo je dopiranje silicijskih traka [10,14]. Iako dopiranje povećava vodljivost silicijskih traka (a time i povećava optičke gubitke), plaća se dodatna kazna za gubitke jer je pokretljivost elektrona narušena raspršenjem nečistoća [10,14,19]. Štoviše, najnoviji pokušaji izrade pokazali su neočekivano nisku vodljivost.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., smještena u kineskoj „Silicijskoj dolini“ – Beijing Zhongguancunu, visokotehnološko je poduzeće posvećeno pružanju usluga domaćim i stranim istraživačkim institucijama, istraživačkim institutima, sveučilištima i znanstvenoistraživačkom osoblju poduzeća. Naša se tvrtka uglavnom bavi neovisnim istraživanjem i razvojem, dizajnom, proizvodnjom i prodajom optoelektroničkih proizvoda te pruža inovativna rješenja i profesionalne, personalizirane usluge za znanstvene istraživače i industrijske inženjere. Nakon godina neovisnih inovacija, formirali su bogatu i savršenu seriju fotoelektričnih proizvoda koji se široko koriste u komunalnoj, vojnoj, prometnoj, elektroenergetskoj, financijskoj, obrazovnoj, medicinskoj i drugim industrijama.
Veselimo se suradnji s vama!
Vrijeme objave: 29. ožujka 2023.