Visoka linearnostelektrooptički modulatori primjena mikrovalnih fotona
S rastućim zahtjevima komunikacijskih sustava, kako bi dodatno poboljšali učinkovitost prijenosa signala, ljudi će spajati fotone i elektrone kako bi postigli komplementarne prednosti, i tako će se roditi mikrovalna fotonika. Elektrooptički modulator potreban je za pretvorbu električne energije u svjetlost umikrovalni fotonski sustavi, a ovaj ključni korak obično određuje performanse cijelog sustava. Budući da je pretvorba radiofrekvencijskog signala u optičku domenu analogni signalni proces, a uobičajenielektrooptički modulatoriimaju inherentnu nelinearnost, postoji ozbiljno izobličenje signala u procesu pretvorbe. Kako bi se postigla približna linearna modulacija, radna točka modulatora obično je fiksirana na ortogonalnoj točki pristranosti, ali i dalje ne može zadovoljiti zahtjeve mikrovalne fotonske veze za linearnost modulatora. Hitno su potrebni elektrooptički modulatori s visokom linearnošću.
Modulacija indeksa loma velike brzine silicijskih materijala obično se postiže efektom disperzije plazme slobodnih nosioca (FCD). I FCD efekt i modulacija PN spoja su nelinearni, što silicijski modulator čini manje linearnim od modulatora litij-niobata. Litij-niobatni materijali pokazuju izvrsna svojstva.elektrooptička modulacijasvojstva zbog Puckerovog efekta. Istovremeno, materijal litij-niobat ima prednosti velike propusnosti, dobrih modulacijskih karakteristika, niskih gubitaka, jednostavne integracije i kompatibilnosti s poluvodičkim procesima, korištenje tankog filma litij-niobat za izradu visokoučinkovitih elektrooptičkih modulatora, u usporedbi sa silicijem gotovo bez "kratke ploče", ali i za postizanje visoke linearnosti. Elektrooptički modulator tankog filma litij-niobat (LNOI) na izolatoru postao je obećavajući smjer razvoja. Razvojem tehnologije pripreme materijala tankog filma litij-niobat i tehnologije jetkanja valovoda, visoka učinkovitost pretvorbe i veća integracija elektrooptičkog modulatora tankog filma litij-niobat postale su područje međunarodne akademske zajednice i industrije.
Karakteristike tankog filma litijevog niobata
U Sjedinjenim Državama, DAP AR planiranje je napravilo sljedeću evaluaciju litijevih niobatnih materijala: ako je središte elektroničke revolucije nazvano po silicijskom materijalu koji ju omogućuje, onda će rodno mjesto fotonske revolucije vjerojatno biti nazvano po litijevom niobatu. To je zato što litijev niobat integrira elektrooptički efekt, akustooptički efekt, piezoelektrični efekt, termoelektrični efekt i fotorefraktivni efekt u jednom, baš kao i silicijski materijali u području optike.
Što se tiče karakteristika optičkog prijenosa, InP materijal ima najveći gubitak prijenosa na čipu zbog apsorpcije svjetlosti u uobičajeno korištenom pojasu od 1550 nm. SiO2 i silicijev nitrid imaju najbolje karakteristike prijenosa, a gubitak može doseći razinu od ~ 0,01 dB/cm; Trenutno, gubitak valovoda tankoslojnog litijevog niobatnog valovoda može doseći razinu od 0,03 dB/cm, a gubitak tankoslojnog litijevog niobatnog valovoda ima potencijal da se dodatno smanji s kontinuiranim poboljšanjem tehnološke razine u budućnosti. Stoga će tankoslojni litijev niobatni materijal pokazati dobre performanse za pasivne svjetlosne strukture kao što su fotosintetski put, šant i mikroprsten.
Što se tiče stvaranja svjetlosti, samo InP ima sposobnost izravnog emitiranja svjetlosti; Stoga je za primjenu mikrovalnih fotona potrebno uvesti izvor svjetlosti baziran na InP-u na integrirani fotonski čip baziran na LNOI-u putem zavarivanja s povratnim opterećenjem ili epitaksijalnog rasta. Što se tiče modulacije svjetlosti, gore je naglašeno da je tankoslojni litijev niobatni materijal lakše postići veću modulacijsku propusnost, niži poluvalni napon i niže gubitke prijenosa nego InP i Si. Štoviše, visoka linearnost elektrooptičke modulacije tankoslojnih litijevih niobatnih materijala bitna je za sve primjene mikrovalnih fotona.
Što se tiče optičkog usmjeravanja, brzi elektrooptički odziv tankog filma litijevog niobatnog materijala omogućuje optičkom prekidaču temeljenom na LNOI-u brzo optičko usmjeravanje, a potrošnja energije takvog brzog preklapanja također je vrlo niska. Za tipičnu primjenu integrirane mikrovalne fotonske tehnologije, optički kontrolirani čip za oblikovanje snopa ima sposobnost brzog preklapanja kako bi zadovoljio potrebe brzog skeniranja snopa, a karakteristike ultra niske potrošnje energije dobro su prilagođene strogim zahtjevima velikih faznih sustava. Iako optički prekidač temeljen na InP-u također može ostvariti brzo optičko preklapanje puta, uvest će veliki šum, posebno kada je višerazinski optički prekidač kaskadan, koeficijent šuma će se ozbiljno pogoršati. Silicijski, SiO2 i silicijev nitridni materijali mogu preklapati optičke putanje samo putem termooptičkog efekta ili efekta disperzije nosioca, što ima nedostatke velike potrošnje energije i spore brzine preklapanja. Kada je veličina faznog niza velika, ne može zadovoljiti zahtjeve potrošnje energije.
Što se tiče optičkog pojačanja,poluvodičko optičko pojačalo (SOA) temeljen na InP-u zreo je za komercijalnu upotrebu, ali ima nedostatke visokog koeficijenta šuma i niske izlazne snage zasićenja, što nije pogodno za primjenu mikrovalnih fotona. Proces parametarskog pojačanja tankoslojnog litijevog niobatnog valovoda temeljen na periodičnoj aktivaciji i inverziji može postići nisku razinu šuma i veliku snagu optičkog pojačanja na čipu, što može dobro zadovoljiti zahtjeve integrirane tehnologije mikrovalnih fotona za optičko pojačanje na čipu.
Što se tiče detekcije svjetlosti, tanki film litijevog niobata ima dobre karakteristike prijenosa svjetlosti u pojasu od 1550 nm. Funkcija fotoelektrične pretvorbe ne može se ostvariti, pa se za primjene u mikrovalnim fotonima, kako bi se zadovoljile potrebe fotoelektrične pretvorbe na čipu, potrebno je uvesti InGaAs ili Ge-Si detekcijske jedinice na integrirane fotonske čipove temeljene na LNOI-u zavarivanjem s povratnim opterećenjem ili epitaksijalnim rastom. Što se tiče spajanja s optičkim vlaknom, budući da je samo optičko vlakno SiO2 materijal, polje moda SiO2 valovoda ima najveći stupanj podudaranja s poljem moda optičkog vlakna, a spajanje je najpogodnije. Promjer polja moda snažno ograničenog valovoda tankog filma litijevog niobata je oko 1 μm, što se prilično razlikuje od polja moda optičkog vlakna, pa se mora provesti odgovarajuća transformacija točke moda kako bi se uskladilo s poljem moda optičkog vlakna.
Što se tiče integracije, visoki potencijal integracije različitih materijala uglavnom ovisi o radijusu savijanja valovoda (na koji utječe ograničenje polja moda valovoda). Snažno ograničeni valovod omogućuje manji radijus savijanja, što je pogodnije za postizanje visoke integracije. Stoga tankoslojni litijev niobatni valovodi imaju potencijal za postizanje visoke integracije. Stoga, pojava tankoslojnog litijevog niobata omogućuje litijevom niobatnom materijalu da zaista igra ulogu optičkog "silicija". Za primjenu mikrovalnih fotona, prednosti tankoslojnog litijevog niobata su očitije.
Vrijeme objave: 23. travnja 2024.