Didelis tiesiškumaselektrooptinis moduliatoriusir mikrobangų fotonų taikymas
Didėjant ryšių sistemų reikalavimams, siekiant dar labiau pagerinti signalų perdavimo efektyvumą, žmonės sujungs fotonus ir elektronus, kad pasiektų papildomų pranašumų, ir taip atsiras mikrobangų fotonika. Elektrooptinis moduliatorius reikalingas elektrai paversti šviesamikrobangų fotoninės sistemos, ir šis pagrindinis žingsnis paprastai lemia visos sistemos našumą. Kadangi radijo dažnio signalo konvertavimas į optinį domeną yra analoginio signalo procesas, o įprastaselektrooptiniai moduliatoriaituri būdingą netiesiškumą, konversijos procese yra didelis signalo iškraipymas. Norint pasiekti apytikslę tiesinę moduliaciją, moduliatoriaus veikimo taškas paprastai fiksuojamas ortogonaliniame poslinkio taške, tačiau tai vis tiek negali atitikti mikrobangų fotonų jungties reikalavimų moduliatoriaus tiesiškumui. Skubiai reikalingi elektrooptiniai moduliatoriai, pasižymintys dideliu tiesiškumu.
Silicio medžiagų greitaeigis lūžio rodiklio moduliavimas paprastai pasiekiamas laisvojo krūvininko plazmos dispersijos (FCD) efektu. Tiek FCD efektas, tiek PN sandūros moduliacija yra netiesiniai, todėl silicio moduliatorius yra mažiau tiesinis nei ličio niobato moduliatorius. Ličio niobato medžiagos pasižymi puikiomis savybėmis.elektrooptinė moduliacijasavybės dėl jų Puckerio efekto. Tuo pačiu metu ličio niobato medžiaga pasižymi dideliu pralaidumu, geromis moduliacijos savybėmis, mažais nuostoliais, lengvu integravimu ir suderinamumu su puslaidininkių procesais, plonasluoksnio ličio niobato naudojimas gaminant didelio našumo elektrooptinius moduliatorius, palyginti su siliciu, beveik neturi „trumposios plokštės“, bet taip pat leidžia pasiekti didelį tiesiškumą. Plonasluoksnis ličio niobato (LNOI) elektrooptinis moduliatorius ant izoliatoriaus tapo perspektyvia plėtros kryptimi. Tobulėjant plonasluoksnio ličio niobato medžiagų paruošimo technologijai ir bangolaidžio ėsdinimo technologijai, didelis konversijos efektyvumas ir didesnė plonasluoksnio ličio niobato elektrooptinio moduliatoriaus integracija tapo tarptautinės akademinės bendruomenės ir pramonės sritimi.
Plonasluoksnio ličio niobato charakteristikos
Jungtinėse Valstijose DAP AR planavimo komanda atliko tokį ličio niobato medžiagų vertinimą: jei elektroninės revoliucijos centras pavadintas ją įgalinančios silicio medžiagos vardu, tai fotonikos revoliucijos gimtinė greičiausiai bus pavadinta ličio niobato vardu. Taip yra todėl, kad ličio niobatas, kaip ir optikos srities silicio medžiagos, viename sujungia elektrooptinį efektą, akustinio-optinį efektą, pjezoelektrinį efektą, termoelektrinį efektą ir fotorefrakcijos efektą.
Kalbant apie optinio perdavimo charakteristikas, InP medžiaga pasižymi didžiausiais lustų perdavimo nuostoliais dėl šviesos sugerties dažniausiai naudojamoje 1550 nm juostoje. SiO2 ir silicio nitridas pasižymi geriausiomis perdavimo charakteristikomis, o nuostoliai gali siekti ~0,01 dB/cm; šiuo metu plonasluoksnio ličio niobato bangolaidžio bangolaidžio nuostoliai gali siekti 0,03 dB/cm, o ateityje, nuolat tobulinant technologinį lygį, plonasluoksnio ličio niobato bangolaidžio nuostoliai gali būti dar labiau sumažinti. Todėl plonasluoksnė ličio niobato medžiaga gerai veiks pasyviose šviesos struktūrose, tokiose kaip fotosintezės kelias, šuntas ir mikrožiedai.
Kalbant apie šviesos generavimą, tik InP gali tiesiogiai skleisti šviesą; todėl, norint pritaikyti mikrobangų fotonus, būtina įdiegti InP pagrindu pagamintą šviesos šaltinį į LNOI pagrindu pagamintą fotoninį integruotą lustą atgalinio suvirinimo arba epitaksinio auginimo būdu. Kalbant apie šviesos moduliaciją, aukščiau buvo pabrėžta, kad plonasluoksnė ličio niobato medžiaga lengviau pasiekia didesnį moduliacijos pralaidumą, mažesnę pusbangės įtampą ir mažesnius perdavimo nuostolius nei InP ir Si. Be to, visoms mikrobangų fotonų taikymo sritims būtinas didelis plonasluoksnės ličio niobato medžiagos elektrooptinės moduliacijos tiesiškumas.
Kalbant apie optinį maršrutizavimą, plonasluoksnės ličio niobato medžiagos didelės spartos elektrooptinis atsakas leidžia LNOI pagrindu veikiančiam optiniam jungikliui atlikti didelės spartos optinio maršrutizavimo perjungimą, o tokio didelės spartos perjungimo energijos suvartojimas taip pat yra labai mažas. Tipiškam integruotos mikrobangų fotonų technologijos taikymui optiškai valdomas spindulio formavimo lustas gali atlikti didelės spartos perjungimą, kad patenkintų greito spindulio skenavimo poreikius, o itin mažo energijos suvartojimo charakteristikos gerai pritaikytos griežtiems didelio masto fazinių gardelių sistemų reikalavimams. Nors InP pagrindu veikiantis optinis jungiklis taip pat gali realizuoti didelės spartos optinio kelio perjungimą, jis sukels didelį triukšmą, ypač kai daugiapakopis optinis jungiklis yra kaskadinis, triukšmo koeficientas labai pablogės. Silicis, SiO2 ir silicio nitrido medžiagos gali perjungti optinius kelius tik dėl termooptinio efekto arba nešiklio dispersijos efekto, o tai turi didelių energijos suvartojimo ir lėto perjungimo greičio trūkumų. Kai fazinės gardelės dydis yra didelis, ji negali patenkinti energijos suvartojimo reikalavimų.
Kalbant apie optinį stiprinimą,puslaidininkinis optinis stiprintuvas (SOA) pagrįstas InP, buvo subrendęs komerciniam naudojimui, tačiau jis turi trūkumų – didelį triukšmo koeficientą ir mažą soties išėjimo galią, o tai nepadeda taikyti mikrobangų fotonų. Plonasluoksnio ličio niobato bangolaidžio parametrinio stiprinimo procesas, pagrįstas periodiniu aktyvavimu ir inversija, gali pasiekti mažą triukšmo lygį ir didelę galią lustu pagamintą optinį stiprinimą, kuris gali gerai atitikti integruotos mikrobangų fotonų technologijos reikalavimus lustu pagamintoms optinėms stiprinimo sistemoms.
Kalbant apie šviesos detekcijos savybes, plonasluoksnis ličio niobatas pasižymi geromis šviesos perdavimo charakteristikomis 1550 nm diapazone. Fotoelektrinės konversijos funkcijos neįmanoma įgyvendinti, todėl mikrobangų fotonų taikymuose, siekiant patenkinti fotoelektrinės konversijos poreikius luste, LNOI pagrindu sukurtuose fotoniniuose integruotuose lustuose reikia įdiegti InGaAs arba Ge-Si detekcijos įrenginius, naudojant atgalinio suvirinimo arba epitaksinį auginimą. Kalbant apie sujungimą su optiniu pluoštu, kadangi pats optinis pluoštas yra pagamintas iš SiO2 medžiagos, SiO2 bangolaidžio modos laukas turi didžiausią atitikimo laipsnį optinio pluošto modos laukui, o sujungimas yra patogiausias. Stipriai apriboto plonasluoksnio ličio niobato bangolaidžio modos lauko skersmuo yra apie 1 μm, o tai gana skiriasi nuo optinio pluošto modos lauko, todėl reikia atlikti tinkamą modos taško transformaciją, kad ji atitiktų optinio pluošto modos lauką.
Kalbant apie integraciją, ar įvairios medžiagos turi didelį integracijos potencialą, daugiausia priklauso nuo bangolaidžio lenkimo spindulio (kurį veikia bangolaidžio režimo lauko apribojimai). Stipriai apribotas bangolaidis leidžia pasiekti mažesnį lenkimo spindulį, o tai labiau skatina aukštą integraciją. Todėl plonasluoksniai ličio niobato bangolaidžiai turi potencialą pasiekti aukštą integraciją. Todėl plonasluoksnio ličio niobato išvaizda leidžia ličio niobato medžiagai iš tikrųjų atlikti optinio „silicio“ vaidmenį. Mikrobangų fotonų taikyme plonasluoksnio ličio niobato privalumai yra akivaizdesni.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 23 d.