Augstāks integrēts plānas plēves litija niobāta elektro-optiskais modulators

Augsta linearitāteelektrooptiskais modulatorsun mikroviļņu fotona pielietojums
Pieaugot sakaru sistēmu prasībām, lai vēl vairāk uzlabotu signālu pārraides efektivitāti, cilvēki saplūst fotonos un elektronos, lai sasniegtu papildu priekšrocības, un piedzims mikroviļņu fotonika. Elektro-optiskais modulators ir nepieciešams, lai pārvērstu elektrībumikroviļņu fotoniskās sistēmas, un šis galvenais solis parasti nosaka visas sistēmas veiktspēju. Tā kā radiofrekvences signāla pārvēršana optiskajā domēnā ir analogs signāla process un parastsElektrooptiskie modulatoriir raksturīga nelinearitāte, pārveidošanas procesā ir nopietni signāla izkropļojumi. Lai panāktu aptuvenu lineāru modulāciju, modulatora darbības punkts parasti tiek fiksēts ortogonālajā aizsprieduma vietā, taču tas joprojām nevar atbilst mikroviļņu fotonu saites prasībām modulatora linearitātei. Steidzami nepieciešami elektrooptiski modulatori ar augstu linearitāti.

Silīcija materiālu ātrgaitas refrakcijas indeksa modulāciju parasti panāk ar brīvas nesēja plazmas izkliedes (FCD) efektu. Gan FCD efekts, gan PN savienojuma modulācija ir nelineāri, kas padara silīcija modulatoru mazāk lineāru nekā litija niobāta modulators. Litija niobate materiāli ir lieliskiElektrooptiskā modulācijaĪpašības to ripas efekta dēļ. Tajā pašā laikā litija niobāta materiālam ir liela joslas platuma priekšrocības, labas modulācijas īpašības, zemi zaudējumi, viegla integrācija un savietojamība ar pusvadītāju procesu, plānas plēves litija niobāta izmantošana, lai iegūtu augstas veiktspējas elektro-optisko modulatoru, salīdzinot ar silīciju, gandrīz bez “īsas plāksnes”, bet arī augstas lineārības sasniegšanu. Plēves litija niobate (LNOI) elektro-optiskais modulators izolatorā ir kļuvis par daudzsološu attīstības virzienu. Izstrādājot plānas plēves litija niobāta materiālu sagatavošanas tehnoloģiju un viļņvada kodināšanas tehnoloģiju, augstā pārveidošanas efektivitāte un augstāka plānas plēves litija niobate elektro-optiskais modulators ir kļuvis par starptautiskās akadēmijas un rūpniecības jomu.

Plānas plēves litija niobāta īpašības
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 dzimšanas vieta, visticamāk, tiks nosaukta pēc litija niobāta. Tas notiek tāpēc, ka litija niobāts integrē elektro-optisko efektu, akustto-optisko efektu, pjezoelektrisko efektu, termoelektrisko efektu un fotorefrakcijas efektu vienā, tāpat kā silīcija materiāli optikas jomā.

Runājot par optiskās pārraides īpašībām, INP materiālam ir vislielākais mikroshēmas pārraides zudums, jo gaismas absorbcija parasti izmantotajā 1550 nm joslā. SiO2 un silīcija nitrīdam ir vislabākās pārraides īpašības, un zaudējumi var sasniegt ~ 0,01dB/cm līmeni; Pašlaik viļņvada zudums par plānas filmas litija niobāta viļņvada zudumu var sasniegt 0,03dB/cm līmeni, un plānas plēves litija niobāta viļņvada zudums var vēl vairāk samazināt, nepārtraukti uzlabojot tehnoloģisko līmeni nākotnē. Tāpēc plānas plēves litija niobate materiāls parādīs labu sniegumu pasīvām gaismas struktūrām, piemēram, fotosintētiskajam ceļam, šuntam un mikrorringam.

Gaismas ģenerēšanas ziņā tikai INP spēj tieši izstarot gaismu; Tāpēc mikroviļņu fotonu uzklāšanai ir jāievieš uz INP balstīta gaismas avota uz LNOI bāzes fotoniski integrēto mikroshēmu, izmantojot metināšanas vai epitaksiālo augšanu. Gaismas modulācijas ziņā iepriekš tika uzsvērts, ka plānas plēves litija niobāta materiālu ir vieglāk sasniegt lielāks modulācijas joslas platums, zemāks pusviļņu spriegums un zemāks transmisijas zudums nekā INP un SI. Turklāt plānas plēves litija niobāta materiālu elektrooptiskās modulācijas augsta linearitāte ir būtiska visiem mikroviļņu fotonu pielietojumiem.

Runājot par optisko maršrutēšanu, plānas plēves litija niobāta materiāls ātrgaitas elektrooptiskais reakcija padara optisko slēdzi, kas balstīta uz LNOI, kas spēj veikt ātrgaitas optisko maršrutēšanas komutāciju, un arī šāda ātrgaitas pārslēgšanās enerģijas patēriņš ir ļoti zems. Integrētās mikroviļņu fotonu tehnoloģijas tipiskai pielietošanai optiski kontrolētajai staru formas mikroshēmai ir ātrgaitas pārslēgšanās spēja apmierināt ātras staru skenēšanas vajadzības, un īpaši zema enerģijas patēriņa īpašības ir labi pielāgotas lielas apjoma fāzēta masīva sistēmas stingrām prasībām. Lai arī uz INP balstītu optisko slēdzi var arī realizēt ātrgaitas optiskā ceļa pārslēgšanu, tas radīs lielu troksni, it īpaši, ja daudzlīmeņu optiskais slēdzis ir kaskādē, trokšņa koeficients tiks nopietni pasliktināts. Silīcija, SiO2 un silīcija nitrīda materiāli var mainīt optiskos ceļus tikai caur termo-optisko efektu vai nesēja dispersijas efektu, kam ir liela enerģijas patēriņa un lēna pārslēgšanas ātruma trūkumi. Ja fāzētā masīva masīva lielums ir liels, tas nevar atbilst enerģijas patēriņa prasībām.

Optiskās pastiprināšanas ziņā,pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA), pamatojoties uz INP, komerciālai izmantošanai ir bijusi nobriedusi, taču tai ir daudz trokšņa koeficienta un zemas piesātinājuma izejas jaudas trūkumi, kas neveicina mikroviļņu fotonu pielietojumu. Tievās filmas litija niobāta viļņvada parametriskā pastiprināšanas process, pamatojoties uz periodisku aktivizēšanu un inversiju, var sasniegt zemu troksni un lielu jaudu mikroshēmas optiskā amplifikācija, kas var labi atbilst integrētās mikroviļņu fotonu tehnoloģijas prasībām optiskajai amplifikācijai.

Gaismas noteikšanas ziņā plānas plēves litija niobātam ir labas pārraides īpašības, kas gaismai 1550 nm joslā. Fotoelektriskās pārveidošanas funkciju nevar realizēt, tāpēc mikroviļņu fotonu lietojumprogrammām, lai apmierinātu mikroshēmas fotoelektriskās konvertācijas vajadzības. Ingaas vai GE-Si noteikšanas vienības jāievieš uz LNOI bāzes fotoniskām integrētām mikroshēmām, izmantojot metināšanu vai epitaksiālo augšanu. Runājot par savienojumu ar optisko šķiedru, tā kā pati optiskā šķiedra ir SiO2 materiāls, SiO2 viļņvada režīma laukam ir visaugstākā atbilstošā pakāpe ar optiskās šķiedras režīma lauku, un savienojums ir visērtākais. Plānes plēves litija niobāta spēcīgi ierobežotā viļņvada režīma diametrs ir aptuveni 1 μm, kas ir diezgan atšķirīgs no optiskās šķiedras režīma lauka, tāpēc ir jāveic pareizas režīma vietas 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 (ietekmē viļņvada režīma lauka ierobežojums). Stingri ierobežots viļņvads ļauj mazāku lieces rādiusu, kas vairāk veicina augstas integrācijas realizāciju. Tāpēc plānas filmas litija niobāta viļņvadiem ir potenciāls sasniegt augstu integrāciju. Tāpēc plānas plēves litija niobāta izskats ļauj litija niobate materiālam patiešām spēlēt optiskā “silīcija” lomu. Mikroviļņu fotonu uzklāšanai plānas plēves litija niobāta priekšrocības ir acīmredzamākas.