Didelio našumo elektrooptinis moduliatorius: plonasluoksnis ličio niobato moduliatorius

Didelio našumo elektrooptinis moduliatorius:Plonasluoksnis ličio niobato moduliatorius

Elektrooptinis moduliatorius (EOM moduliatorius) yra moduliatorius, pagamintas naudojant tam tikrų elektrooptinių kristalų elektrooptinį efektą, kuris gali konvertuoti didelės spartos elektroninius signalus ryšio įrenginiuose į optinius signalus. Kai elektrooptinis kristalas yra veikiamas elektrinio lauko, keičiasi elektrooptinio kristalo lūžio rodiklis, atitinkamai keičiasi ir kristalo optinių bangų charakteristikos, kad būtų galima moduliuoti optinio signalo amplitudę, fazę ir poliarizacijos būseną, o didelės spartos elektroninis signalas ryšio įrenginyje konvertuojamas į optinį signalą moduliacijos būdu.

Šiuo metu yra trys pagrindiniai tipaielektrooptiniai moduliatoriairinkoje: silicio pagrindu pagaminti moduliatoriai, indžio fosfido moduliatoriai ir plonasluoksniai moduliatoriailičio niobato moduliatoriusIš jų silicis neturi tiesioginio elektrooptinio koeficiento, jo charakteristikos yra bendresnės, tinka tik trumpųjų nuotolių duomenų perdavimo siųstuvo-imtuvo modulio modulio gamybai, indžio fosfidas, nors ir tinka vidutinio ir ilgo nuotolio optinio ryšio tinklo siųstuvo-imtuvo moduliui, tačiau integravimo proceso reikalavimai yra itin aukšti, kaina yra gana didelė, o taikymas turi tam tikrų apribojimų. Priešingai, ličio niobato kristalas pasižymi ne tik dideliu fotoelektriniu efektu, bet ir nustatytu fotorefrakcijos efektu, netiesiniu efektu, elektrooptiniu efektu, akustiniu optiniu efektu, pjezoelektriniu efektu bei termoelektriniu efektu, kurie yra lygūs vienetui, o dėl savo grotelių struktūros ir gausios defektų struktūros daugelį ličio niobato savybių galima labai reguliuoti kristalo sudėtimi, elementų legiravimu, valentinės būsenos valdymu ir kt. Pasiekiamos puikios fotoelektrinės charakteristikos, tokios kaip elektrooptinis koeficientas iki 30,9 pm/V, žymiai didesnis nei indžio fosfido, ir mažas čirpimo efektas (čirpimo efektas: reiškia reiškinį, kai impulso dažnis kinta laikui bėgant lazerio impulso perdavimo proceso metu. Didesnis čirpimo efektas lemia mažesnį signalo ir triukšmo santykį bei netiesinį efektą), geras gesinimo santykis (vidutinis signalo „įjungtos“ ir „išjungtos“ būsenos galios santykis) ir puikus įrenginio stabilumas. Be to, plonasluoksnio ličio niobato moduliatoriaus veikimo mechanizmas skiriasi nuo silicio pagrindu pagaminto moduliatoriaus ir indžio fosfido moduliatoriaus, naudojančio netiesinius moduliacijos metodus, kurie naudoja tiesinį elektrooptinį efektą elektrai moduliuotam signalui įkelti į optinį nešiklį, o moduliacijos greitį daugiausia lemia mikrobangų elektrodo veikimas, todėl galima pasiekti didesnį moduliacijos greitį ir tiesiškumą, taip pat mažesnes energijos sąnaudas. Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, ličio niobatas tapo idealiu pasirinkimu ruošiant didelio našumo elektrooptinius moduliatorius, kurie plačiai taikomi 100G/400G koherentiniuose optiniuose ryšio tinkluose ir itin didelės spartos duomenų centruose, ir gali pasiekti didelius perdavimo atstumus, viršijančius 100 kilometrų.

Ličio niobatas, kaip „fotonų revoliucijos“ subversyvi medžiaga, nors ir turi daug pranašumų, palyginti su siliciu ir indžio fosfidu, tačiau įrenginyje jis dažnai būna birios medžiagos pavidalu, šviesa apribota plokštuminiu bangolaidžiu, susidarančiu jonų difuzijos arba protonų mainų būdu, lūžio rodiklio skirtumas paprastai yra santykinai mažas (apie 0,02), o įrenginio dydis yra santykinai didelis. Sunku patenkinti miniatiūrizacijos ir integravimo poreikius.optiniai įrenginiai, o jo gamybos linija vis dar skiriasi nuo faktinės mikroelektronikos procesų linijos, be to, kyla didelių sąnaudų problema, todėl plonų plėvelių formavimas yra svarbi ličio niobato, naudojamo elektrooptiniuose moduliatoriuose, plėtros kryptis.