Prednosti i značaj tankog filma litij niobate u integriranoj tehnologiji fotona mikrovalne
Mikrovalna foton tehnologijaIma prednosti velike radne širine pojasa, snažne paralelne sposobnosti obrade i niskog gubitka prijenosa, što može razbiti tehničko usko grlo tradicionalnog mikrovalnog sustava i poboljšati performanse vojne elektroničke informacijske opreme poput radara, elektroničkog rata, komunikacije i mjerenja i kontrole. Međutim, mikrovalni fotonski sustav temeljen na diskretnim uređajima ima neke probleme kao što su velika volumena, velika težina i loša stabilnost, što ozbiljno ograničava primjenu tehnologije mikrovalne foton u svemirskim i zračnim platformama. Stoga je integrirana tehnologija mikrovalne foton postala važna podrška za prekid primjene mikrovalnog fotona u vojnom elektroničkom informacijskom sustavu i punu igru prednostima tehnologije mikrovalne fotona.
Trenutno su tehnologija fotonske integracije utemeljene na SI-u i tehnologija fotonske integracije koja se temelji na INP postaju sve zreliji nakon godina razvoja u području optičke komunikacije, a na tržište je stavljeno puno proizvoda. Međutim, za primjenu mikrovalnog fotona, postoje neki problemi u ove dvije vrste tehnologija integracije fotona: na primjer, nelinearni elektro-optički koeficijent SI modulatora i INP modulatora suprotan je visokoj linearnosti i velikim dinamičkim karakteristikama koje slijedi mikrovalna fotona tehnologija; Na primjer, silikonski optički prekidač koji ostvaruje prebacivanje optičkog puta, bilo na temelju toplinskog-optičkog učinka, piezoelektričnog učinka ili efekta disperzije ubrizgavanja nosača, ima problema s sporom brzinom prebacivanja, potrošnje energije i potrošnje topline, koji ne mogu zadovoljiti brze skeniranja i velikih nizova.
Litij niobate je uvijek bio prvi izbor za veliku brzinuelektro-optička modulacijaMaterijali zbog izvrsnog linearnog elektro-optičkog učinka. Međutim, tradicionalni litij niobateelektro-optički modulatorizrađen je od masivnog kristalnog materijala litij niobata, a veličina uređaja je vrlo velika, što ne može zadovoljiti potrebe integrirane tehnologije mikrovalne fotona. Kako integrirati litij niobat materijale s linearnim elektro-optičkim koeficijentom u integrirani tehnološki sustav mikrovalne foton postao je cilj relevantnih istraživača. U 2018. godini, istraživački tim sa Sveučilišta Harvard u Sjedinjenim Državama prvi je put izvijestio o tehnologiji fotonske integracije utemeljenoj na litij niobatu tankog filma u prirodi, jer tehnologija ima prednosti visoke integracije, velike propusnosti elektro-optičke modulacije i visoke linearnosti elektro-optičkog učinka, to je odmah izazvalo akademsku i industrijsku opremu. Iz perspektive aplikacije mikrovalne foton, ovaj rad pregledava utjecaj i značaj tehnologije integracije fotona na temelju litija tankog filma o razvoju tehnologije mikrovalne foton.
Tanki film litij niobate materijal i tanki filmmodulator litij niobate
U posljednje dvije godine pojavila se nova vrsta litij-niobate materijala, to jest, film litij niobate je eksfoliran iz masivnog kristala litij niobata metodom "rezanja iona" i vezan za silicijev puferski sloj u obliku lnoi (LinBo3-na-insulat) materijal. Grebeni valovoda s visinom veće od 100 nanometara mogu se urezati na tanko filmski litij niobatni materijali optimiziranim postupkom suhog jetkanja, a efektivna razlika indeksa refrakcije formiranih valovoda može dostići više od 0,8 (daleko veća od razlika indeksa loma tradicionalnog polja kada se lagano obuzdava u laganom, kao što je prikazano u SPECILY 1. Dizajniranje modulatora. Stoga je korisno postići donji napon pola vala i veću modulacijsku širinu u kraćoj duljini.
Pojava niskog gubitka litij niobate submicron valovoda razbija usko grlo visokog pogonskog napona tradicionalnog elektro-optičkog modulatora litij niobata. Razmak elektroda može se smanjiti na ~ 5 µm, a preklapanje između električnog polja i polja optičkog načina znatno se povećava, a vπ · l se smanjuje s više od 20 v · cm na manje od 2,8 v · cm. Stoga se pod istim naponom polu-vala duljina uređaja može uvelike smanjiti u usporedbi s tradicionalnim modulatorom. Istodobno, nakon optimizacije parametara širine, debljine i intervala elektrode putujućeg vala, kao što je prikazano na slici, modulator može imati sposobnost ultra-visoke propusnosti modulacije veće od 100 GHz.
Sl.1 （A） Izračunana raspodjela načina rada i （B） Slika poprečnog presjeka LN valovoda
Sl.2 （A） valovod i struktura elektrode i （B） jezgra LN modulatora
Usporedba modulatora litij niobata tankog filma s tradicionalnim litijevim niobatnim komercijalnim modulatorima, modulatorima na bazi silicija i modulatorima indija fosfida (INP) i drugih postojećih elektro-brzih modulatora velike brzine, glavni parametri usporedbe uključuju:
(1) Polulat produkt dužine volta (vπ · l, v · cm), mjerenje učinkovitosti modulacije modulatora, što je manja vrijednost, to je veća učinkovitost modulacije;
(2) 3 dB širina pojasa (GHZ), koja mjeri odgovor modulatora na modulaciju visokofrekventne frekvencije;
(3) gubitak optičkog umetanja (DB) u modulacijskoj regiji. Iz tablice se može vidjeti da tanki film litij niobate modulator ima očite prednosti u propusnosti modulacije, napon napona s pola vala, gubitak optičke interpolacije i tako dalje.
Silicij, kao kamen temeljac integrirane optoelektronike, do sada je razvijen, postupak je zreo, njegova minijaturizacija pogoduje integraciji aktivnih/pasivnih uređaja velike razmjere, a njegov je modulator široko i duboko proučen u polju optičke komunikacije. Mehanizam elektro-optičke modulacije silicija uglavnom je nosač za uklanjanje nosača, ubrizgavanje nosača i nakupljanje nosača. Među njima je propusna širina modulatora optimalna s mehanizmom iscrpljivanja linearnog stupnja nosača, ali budući da se raspodjela optičkog polja preklapa s nejednakošću regije iscrpljivanja, ovaj će učinak uvesti nelinearnu izobličenje drugog reda i distart trećeg reda, povezan s udjelom u apsorpciji, koji je u apsorpciji u apsorpciji na efektu lagane efekte na efekciju prijevoza u apsorpciji na efekciju laganog učinka na efektu laganog učinka na efektu svjetla.
INP modulator ima izvanredne elektro-optičke efekte, a višeslojna kvantna struktura bušotine može ostvariti ultra-visoku brzinu i niske modulatore napona u vožnji s vπ · l do 0,156V · mm. Međutim, varijacija indeksa loma s električnim poljem uključuje linearne i nelinearne izraze, a povećanje intenziteta električnog polja učinit će efekt drugog reda. Stoga silicijski i INP elektro-optički modulatori moraju primijeniti pristranost kako bi formirali PN spoj kada rade, a PN spoj će unijeti gubitak apsorpcije na svjetlost. Međutim, veličina modulatora ove dvije je mala, komercijalna veličina modulatora INP je 1/4 LN modulatora. Visoka učinkovitost modulacije, pogodna za digitalne optičke prijenosne mreže visoke gustoće i kratke udaljenosti, poput podatkovnih centara. Elektro-optički učinak litij-niobata nema mehanizam apsorpcije svjetla i nizak gubitak, što je pogodno za koherenciju na velike udaljenostioptička komunikacijas velikim kapacitetom i visokom stopom. U mikrovalnoj primjeni fotona, elektro-optički koeficijenti SI i INP su nelinearni, koji nije prikladan za mikrovalni fotonski sustav koji slijedi visoku linearnost i veliku dinamiku. Materijal litij niobata vrlo je pogodan za mikrovalnu primjenu fotona zbog svog potpuno linearnog koeficijenta elektro-optičke modulacije.
Vrijeme posta: travanj-22-2024