Augstāk integrēts plānslāņa litija niobāta elektrooptiskais modulators

Augsta linearitāteelektrooptiskais modulatorsun mikroviļņu fotonu lietojumprogramma
Pieaugot sakaru sistēmu prasībām, lai vēl vairāk uzlabotu signālu pārraides efektivitāti, cilvēki sapludinās fotonus un elektronus, lai iegūtu papildu priekšrocības, un radīsies mikroviļņu fotonika.Elektrooptiskais modulators ir nepieciešams, lai elektrību pārveidotu gaismāmikroviļņu fotoniskās sistēmas, un šis galvenais solis parasti nosaka visas sistēmas veiktspēju.Tā kā radiofrekvences signāla pārveidošana optiskajā domēnā ir analogā signāla process un parastselektrooptiskie modulatoriir raksturīga nelinearitāte, pārveidošanas procesā ir nopietni signāla kropļojumi.Lai panāktu aptuvenu lineāro 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 savienojuma modulācija ir nelineāra, kas padara silīcija modulatoru mazāk lineāru nekā litija niobāta modulators.Litija niobāta materiāli ir lieliskielektrooptiskā modulācijaīpašības to Pucker efekta dēļ.Tajā pašā laikā litija niobāta materiāla priekšrocības ir liels joslas platums, labas modulācijas īpašības, zems zudums, viegla integrācija un savietojamība ar pusvadītāju procesu, plānas plēves litija niobāta izmantošana augstas veiktspējas elektrooptiskā modulatora izgatavošanai, salīdzinot ar silīciju. gandrīz nav “īsas plāksnes”, bet arī lai sasniegtu augstu linearitāti.Plānas plēves litija niobāta (LNOI) elektrooptiskais modulators uz izolatora ir kļuvis par daudzsološu attīstības virzienu.Attīstoties plānslāņa litija niobāta materiālu sagatavošanas tehnoloģijai un viļņvada kodināšanas tehnoloģijai, plānās kārtiņas litija niobāta elektrooptiskā modulatora augstā konversijas efektivitāte un augstāka integrācija ir kļuvusi par starptautiskās akadēmiskās vides un rūpniecības jomu.

Plānas kārtiņas litija niobāta raksturojums
Amerikas Savienotajās Valstīs DAP AR plānošanā ir veikts šāds litija niobāta materiālu novērtējums: 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 integrē elektrooptisko efektu, akustiski optisko efektu, pjezoelektrisko efektu, termoelektrisko efektu un fotorefrakcijas efektu vienā, tāpat kā silīcija materiāli optikas jomā.

Optiskās pārraides raksturlielumu ziņā InP materiālam ir vislielākais mikroshēmas pārraides zudums gaismas absorbcijas dēļ parasti izmantotajā 1550 nm joslā.SiO2 un silīcija nitrīdam ir vislabākie pārvades raksturlielumi, un zudumi var sasniegt ~ 0,01 dB/cm;Pašlaik plānslāņa litija niobāta viļņvada viļņvada zudums var sasniegt 0,03 dB/cm, un plānslāņa litija niobāta viļņvada zudumu var vēl vairāk samazināt, nepārtraukti uzlabojot tehnoloģisko līmeni nākotnē.Tāpēc plānās kārtiņas litija niobāta materiāls uzrādīs labu sniegumu pasīvām gaismas struktūrām, piemēram, fotosintēzes ceļam, šuntam un mikrogredzenam.

Gaismas radīšanas ziņā tikai InP spēj tieši izstarot gaismu;Tāpēc mikroviļņu fotonu pielietošanai ir nepieciešams ieviest uz InP balstītu gaismas avotu uz LNOI balstītas fotoniskās integrētās mikroshēmas, izmantojot pretslodzes metināšanu vai epitaksiālo augšanu.Runājot par gaismas modulāciju, iepriekš tika uzsvērts, ka plānās kārtiņas litija niobāta materiālam ir vieglāk sasniegt lielāku modulācijas joslas platumu, zemāku pusviļņa spriegumu un mazāku pārraides zudumu nekā InP un Si.Turklāt plānās kārtiņas litija niobāta materiālu elektrooptiskās modulācijas augstā linearitāte ir būtiska visiem mikroviļņu fotonu lietojumiem.

Runājot par optisko maršrutēšanu, plānās kārtiņas litija niobāta materiāla ātrgaitas elektrooptiskā reakcija padara uz LNOI balstītu optisko slēdzi spējīgu ātrdarbīgi pārslēgt optisko maršrutēšanu, un arī šādas ātrgaitas komutācijas enerģijas patēriņš ir ļoti zems.Tipiskai integrētās mikroviļņu fotonu tehnoloģijas pielietojumam optiski kontrolētai staru kūļa formēšanas mikroshēmai ir iespēja ātrdarbīgi pārslēgties, lai apmierinātu ātras staru kūļa skenēšanas vajadzības, un īpaši zema enerģijas patēriņa raksturlielumi ir labi pielāgoti stingrām liela apjoma prasībām. - mēroga fāzētu masīvu sistēma.Lai gan uz InP balstītais optiskais slēdzis var realizēt arī ātrgaitas optiskā ceļa pārslēgšanu, tas radīs lielu troksni, it īpaši, ja daudzlīmeņu optiskais slēdzis ir kaskādes, trokšņa koeficients tiks nopietni pasliktināts.Silīcija, SiO2 un silīcija nitrīda materiāli var pārslēgt optiskos ceļus tikai ar termooptisko efektu vai nesēja dispersijas efektu, kam ir liels enerģijas patēriņš un lēns pārslēgšanās ātrums.Ja fāzētā masīva masīva lielums ir liels, tas nevar atbilst enerģijas patēriņa prasībām.

Runājot par optisko pastiprinājumu,pusvadītāju optiskais pastiprinātājs (SOA), kuras pamatā ir InP, ir nobriedusi komerciālai lietošanai, taču tai ir trūkumi: augsts trokšņa koeficients un zema piesātinājuma izejas jauda, ​​kas neveicina mikroviļņu fotonu izmantošanu.Plānas plēves litija niobāta viļņvada parametru pastiprināšanas process, kura pamatā ir periodiska aktivizēšana un inversija, var sasniegt zemu trokšņa līmeni un lielas jaudas mikroshēmas optisko pastiprināšanu, kas var labi izpildīt integrētās mikroviļņu fotonu tehnoloģijas prasības mikroshēmas optiskajai pastiprināšanai.

Gaismas noteikšanas ziņā plānslāņa litija niobātam ir labas gaismas caurlaidības īpašības 1550 nm joslā.Fotoelektriskās pārveidošanas funkciju nevar realizēt, tāpēc mikroviļņu fotonu lietojumiem, lai apmierinātu mikroshēmas fotoelektriskās pārveides vajadzības.InGaAs vai Ge-Si noteikšanas vienības ir jāievieš uz LNOI balstītām fotoniskām integrētām mikroshēmām, veicot metināšanu vai epitaksiālo augšanu.Runājot par savienojumu ar optisko šķiedru, jo pati optiskā šķiedra ir SiO2 materiāls, SiO2 viļņvada režīma laukam ir visaugstākā atbilstības pakāpe ar optiskās šķiedras režīma lauku, un savienojums ir visērtākais.Plānas plēves litija niobāta stingri ierobežotā viļņvada režīma lauka diametrs ir aptuveni 1 μm, kas ir diezgan atšķirīgs no optiskās šķiedras režīma lauka, tāpēc ir jāveic pareiza 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 (ko ietekmē viļņvada režīma lauka ierobežojums).Stingri ierobežotais viļņvads pieļauj mazāku lieces rādiusu, kas ir labvēlīgāks augstas integrācijas īstenošanai.Tāpēc plānslāņa litija niobāta viļņvadiem ir potenciāls panākt augstu integrāciju.Tāpēc plānslāņa litija niobāta izskats ļauj litija niobāta materiālam patiešām pildīt optiskā “silīcija” lomu.Mikroviļņu fotonu izmantošanai plānākas litija niobāta priekšrocības ir acīmredzamākas.