Augstākas integrācijas plānslāņa litija niobāta elektrooptiskais modulators

Augsta linearitāteelektrooptiskais modulatorsun mikroviļņu fotonu pielietojums
Pieaugot sakaru sistēmu prasībām, lai vēl vairāk uzlabotu signālu pārraides efektivitāti, cilvēki sapludinās fotonus un elektronus, lai sasniegtu papildinošas priekšrocības, un radīsies mikroviļņu fotonika. Elektrooptiskais modulators ir nepieciešams elektrības pārveidošanai gaismāmikroviļņu fotoniskās sistēmas, un šis galvenais solis parasti nosaka visas sistēmas veiktspēju. Tā kā radiofrekvences signāla pārveidošana optiskajā domēnā ir analogā signāla process, un parastielektrooptiskie modulatoripiemīt raksturīga nelinearitāte, pārveidošanas procesā rodas nopietni signāla kropļojumi. Lai panāktu aptuvenu lineāru modulāciju, modulatora darbības punkts parasti tiek fiksēts ortogonālā nobīdes punktā, taču tas joprojām nevar izpildīt mikroviļņu fotonu saites prasības modulatora linearitātei. Steidzami nepieciešami elektrooptiskie modulatori ar augstu linearitāti.

Silīcija materiālu ātrgaitas refrakcijas indeksa modulācija parasti tiek panākta ar brīvā nesēja plazmas dispersijas (FCD) efektu. Gan FCD efekts, gan PN pārejas modulācija ir nelineāras, kas padara silīcija modulatoru mazāk lineāru nekā litija niobāta modulatoru. Litija niobāta materiāliem ir izcilas īpašības.elektrooptiskā modulācijaīpašības, pateicoties to Pucker efektam. Vienlaikus litija niobāta materiālam ir tādas priekšrocības kā liels joslas platums, labas modulācijas īpašības, zemi zudumi, viegla integrācija un saderība ar pusvadītāju procesu, plānas plēves litija niobāta izmantošana augstas veiktspējas elektrooptiskā modulatora ražošanā, salīdzinot ar silīciju, gandrīz bez "īsās plāksnes", kā arī lai sasniegtu augstu linearitāti. Plānas plēves litija niobāta (LNOI) elektrooptiskais modulators uz izolatora ir kļuvis par daudzsološu attīstības virzienu. Attīstoties plānas plēves litija niobāta materiālu sagatavošanas tehnoloģijai un viļņvadu kodināšanas tehnoloģijai, plānās plēves litija niobāta elektrooptiskā modulatora augstā konversijas efektivitāte un augstāka integrācija ir kļuvusi par starptautiskās akadēmiskās un rūpniecības jomu.

Plānās plēves litija niobāta raksturojums
Amerikas Savienotajās Valstīs DAP AR plānošana ir veikusi šādu litija niobāta materiālu novērtējumu: ja elektroniskās revolūcijas centrs ir nosaukts pēc silīcija materiāla, kas to padara iespējamu, tad fotonikas revolūcijas dzimtene, visticamāk, tiks nosaukta litija niobāta vārdā. Tas ir tāpēc, ka litija niobāts apvieno elektrooptisko efektu, akustiski optisko efektu, pjezoelektrisko efektu, termoelektrisko efektu un fotorefrakcijas efektu vienā, tāpat kā silīcija materiāli optikas jomā.

Runājot par optiskās caurlaidības raksturlielumiem, InP materiālam ir vislielākie caurlaidības zudumi mikroshēmā, pateicoties gaismas absorbcijai parasti izmantotajā 1550 nm joslā. SiO2 un silīcija nitrīdam ir vislabākās caurlaidības raksturlielumi, un zudumi var sasniegt ~0,01 dB/cm; Pašlaik plānslāņa litija niobāta viļņvada viļņvada zudumi var sasniegt 0,03 dB/cm, un plānslāņa litija niobāta viļņvada zudumus nākotnē ir iespējams vēl vairāk samazināt, nepārtraukti uzlabojot tehnoloģisko līmeni. Tādēļ plānslāņa litija niobāta materiāls uzrādīs labu veiktspēju pasīvās gaismas struktūrās, piemēram, fotosintēzes ceļā, šuntā un mikrogredzenā.

Runājot par gaismas ģenerēšanu, tikai InP spēj tieši izstarot gaismu; tāpēc mikroviļņu fotonu pielietošanai ir nepieciešams ieviest uz InP balstītu gaismas avotu uz LNOI balstītas fotoniskas integrētas mikroshēmas, izmantojot atpakaļejošas metināšanas vai epitaksiālas augšanas metodi. Runājot par gaismas modulāciju, iepriekš tika uzsvērts, ka plānās plēves litija niobāta materiālam ir vieglāk sasniegt lielāku modulācijas joslas platumu, zemāku pusviļņa spriegumu un zemākus pārraides zudumus nekā InP un Si. Turklāt plānās plēves litija niobāta materiālu elektrooptiskās modulācijas augstā linearitāte ir būtiska visiem mikroviļņu fotonu pielietojumiem.

Runājot par optisko maršrutēšanu, plānā litija niobāta materiāla ātrdarbīgā elektrooptiskā reakcija padara LNOI bāzes optisko slēdzi spējīgu veikt ātrdarbīgu optisko maršrutēšanu, un arī šādas ātrdarbīgas komutācijas enerģijas patēriņš ir ļoti zems. Integrētas mikroviļņu fotonu tehnoloģijas tipiskā pielietojumā optiski vadāmajai staru kūļa formēšanas mikroshēmai ir ātrdarbīgas komutācijas spēja, lai apmierinātu ātras staru skenēšanas vajadzības, un īpaši zemā enerģijas patēriņa raksturlielumi ir labi pielāgoti stingrajām liela mēroga fāzētu masīvu sistēmu prasībām. Lai gan InP bāzes optiskais slēdzis var realizēt arī ātrdarbīgu optiskā ceļa komutāciju, tas radīs lielu troksni, īpaši, ja daudzlīmeņu optiskais slēdzis ir kaskādes režīmā, trokšņa koeficients ievērojami pasliktināsies. Silīcijs, SiO2 un silīcija nitrīda materiāli var pārslēgt optiskos ceļus tikai ar termooptiskā efekta vai nesēja dispersijas efekta palīdzību, kam ir tādi trūkumi kā liels enerģijas patēriņš un lēns komutācijas ātrums. Ja fāzētu masīvu masīva izmērs ir liels, tas nevar izpildīt enerģijas patēriņa prasības.

Runājot par optisko pastiprināšanu,pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (Pakalpojumu avoti), kuras pamatā ir InP, ir nobriedusi komerciālai izmantošanai, taču tai ir trūkumi - augsts trokšņa koeficients un zema piesātinājuma izejas jauda, ​​kas neveicina mikroviļņu fotonu pielietošanu. Plānplēves litija niobāta viļņvada parametriskā pastiprināšanas process, kura pamatā ir periodiska aktivācija un inversija, var panākt zemu trokšņa līmeni un lielu jaudu mikroshēmā iebūvētā optiskā pastiprināšana, kas var labi atbilst integrētās mikroviļņu fotonu tehnoloģijas prasībām mikroshēmā iebūvētai optiskajai pastiprināšanai.

Runājot par gaismas detekciju, plānās plēves litija niobātam ir labas gaismas caurlaidības īpašības 1550 nm joslā. Fotoelektriskās konversijas funkciju nevar realizēt, tāpēc mikroviļņu fotonu lietojumprogrammās, lai apmierinātu fotoelektriskās konversijas vajadzības mikroshēmā, uz LNOI balstītām fotoniskām integrētām mikroshēmām jāievieš InGaAs vai Ge-Si detekcijas ierīces, izmantojot atpakaļejošas metināšanas vai epitaksiālas augšanas metodi. Runājot par savienošanu ar optisko šķiedru, tā kā pati optiskā šķiedra ir SiO2 materiāls, SiO2 viļņvada režīma laukam ir visaugstākā atbilstības pakāpe ar optiskās šķiedras režīma lauku, un savienošana ir visērtākā. Plānās plēves litija niobāta stingri ierobežotā viļņvada režīma lauka diametrs ir aptuveni 1 μm, kas ievērojami atšķiras no optiskās šķiedras režīma lauka, tāpēc ir jāveic atbilstoša režīma punkta transformācija, lai tā atbilstu optiskās šķiedras režīma laukam.

Integrācijas ziņā tas, vai dažādiem materiāliem ir augsts integrācijas potenciāls, galvenokārt ir atkarīgs no viļņvada lieces rādiusa (ko ietekmē viļņvada režīma lauka ierobežojums). Stingri ierobežots viļņvads ļauj izmantot mazāku lieces rādiusu, kas labāk veicina augstas integrācijas sasniegšanu. Tāpēc plānslāņa litija niobāta viļņvadiem ir potenciāls sasniegt augstu integrācijas līmeni. Tāpēc plānslāņa litija niobāta izskats ļauj litija niobāta materiālam patiešām pildīt optiskā "silīcija" lomu. Mikroviļņu fotonu pielietošanā plānslāņa litija niobāta priekšrocības ir acīmredzamākas.