Plānas plēves litija niobāta priekšrocības un nozīme integrētā mikroviļņu fotonu tehnoloģijā
Mikroviļņu fotonu tehnoloģijaIr priekšrocības no liela darba joslas platuma, spēcīgu paralēlu apstrādes spēju un zemu pārraides zudumu, kam ir potenciāls izjaukt tradicionālās mikroviļņu sistēmas tehnisko sašaurinājumu un uzlabot militāro elektroniskās informācijas aprīkojuma, piemēram, radara, elektroniskā kara, komunikācijas un mērīšanas un kontroles, veiktspēju. Tomēr mikroviļņu fotonu sistēmai, kas balstīta uz diskrētām ierīcēm, ir dažas problēmas, piemēram, liels tilpums, smags svars un slikta stabilitāte, kas nopietni ierobežo mikroviļņu fotonu tehnoloģijas pielietojumu kosmosā un gaisa platformās. Tāpēc integrētā mikroviļņu fotonu tehnoloģija kļūst par svarīgu atbalstu, lai izjauktu mikroviļņu fotona pielietojumu militārajā elektroniskajā informācijas sistēmā un pilnībā atskaņotu mikroviļņu fotonu tehnoloģijas priekšrocības.
Pašlaik SI balstīta fotoniskās integrācijas tehnoloģija un uz INP balstīta fotoniskā integrācijas tehnoloģija ir kļuvusi arvien nobriedušāka pēc gadu attīstības optiskās komunikācijas jomā, un tirgū ir ievietoti daudz produktu. Tomēr šajos divos fotonu integrācijas tehnoloģiju veidos ir dažas problēmas ar mikroviļņu fotonu: piemēram, Si modulatora un INP modulatora nelineārais elektrooptiskais koeficients ir pretrunā ar augsto linearitāti un lielajām dinamiskajām īpašībām, ko veic mikroviļņu fotonu tehnoloģija; Piemēram, silīcija optiskajam slēdzim, kas realizē optiskā ceļa pārslēgšanu, balstoties uz termiski-optisko efektu, pjezoelektrisko efektu vai nesēju iesmidzināšanas izkliedēšanas efektu, ir lēna pārslēgšanas ātruma, enerģijas patēriņa un siltuma patēriņa problēmas, kas nevar atbilst ātras staru skenēšanas un liela masīva skala mikroviļņu fotonu pielietojumiem.
Litija niobate vienmēr ir bijusi pirmā lielā ātruma izvēleelektrooptiskā modulācijaMateriāli, jo tie ir lieliska lineārā elektro-optiskā iedarbība. Tomēr tradicionālais litija niobātsElektrooptiskais modulatorsir izgatavots no masīva litija niobāta kristāla materiāla, un ierīces izmērs ir ļoti liels, kas nevar apmierināt integrētās mikroviļņu fotonu tehnoloģijas vajadzības. Kā integrēt litija niobāta materiālus ar lineāru elektrooptisko koeficientu integrētajā mikroviļņu fotonu tehnoloģiju sistēmā ir kļuvis par attiecīgo pētnieku mērķi. 2018. gadā Hārvarda universitātes Amerikas Savienoto Valstu pētniecības grupa pirmo reizi ziņoja par fotoniskās integrācijas tehnoloģiju, kuras pamatā ir plānas plēves litija niobate dabā, jo tehnoloģijai ir augstas integrācijas priekšrocības, lielas elektrooptiskās modulācijas joslas platums un augsta linearitāte elektro-optiskajā efektā, kas tika palaists, tas nekavējoties izraisīja akadēmisku un rūpniecisku uzmanību fotoniskā jomā un mikrovāvā fotononiku. No mikroviļņu fotonu pielietojuma viedokļa šajā dokumentā ir apskatīta fotonu integrācijas tehnoloģijas ietekme un nozīmīgums, pamatojoties uz plānas plēves litija niobātu par mikroviļņu fotonu tehnoloģijas attīstību.
Plānas plēves litija niobāta materiāls un plāna plēvelitija niobate modulators
Pēdējos divos gados ir parādījies jauna veida litija niobāta materiāli, tas ir, litija niobāta plēve tiek salapināta no masīvā litija niobāta kristāla ar “jonu sagriešanas” metodi un piesaistīta Si vaferam ar silīcija bufera slāni, lai veidotu lnoi (Linbo3-on-insulator) materiālu [5], ko sauc par plānu filmu. Ridža viļņvadus ar vairāk nekā 100 nanometru augstumu var iegravēt uz plānas plēves litija niobāta materiāliem, izmantojot optimizētu sausas kodināšanas procesu, un efektīvā viļņvadu starpība, kas izveidota, var sasniegt vairāk nekā 0,8 (daudz augstāka nekā refrakcijas indeksa starpība tradicionālā litija niobāta viļņa viļņojumos, kas atbilst 0,02. Lauks, izstrādājot modulatoru. Tādējādi ir izdevīgi sasniegt zemāku pusviļņu spriegumu un lielāku modulācijas joslas platumu īsākā garumā.
Zemu zudumu litija niobāta submikrona viļņvada parādīšanās sabojā tradicionālā litija niobāta elektro-optiskā modulatora augsta braukšanas sprieguma sašaurinājumu. Elektrodu atstarpi var samazināt līdz ~ 5 μm, un elektriskā lauka un optiskā režīma lauka pārklāšanās ir ievērojami palielināta, un vπ · l samazinās no vairāk nekā 20 V · cm līdz mazāk nekā 2,8 V · cm. Tāpēc ar tādu pašu pusviļņu spriegumu ierīces garumu var ievērojami samazināt, salīdzinot ar tradicionālo modulatoru. Tajā pašā laikā, optimizējot ceļojuma viļņu elektrodu platuma, biezuma un intervāla parametrus, kā parādīts attēlā, modulatoram var būt īpaši augstas modulācijas joslas platuma spēja, kas lielāka par 100 GHz.
1. att.
2. att.
Plāno plēvju litija niobāta modulatoru salīdzinājums ar tradicionālajiem litija niobāta komerciālajiem modulatoriem, silīcija bāzes modulatoriem un indija fosfīda (INP) modulatoriem un citiem esošajiem ātrgaitas elektrooptiskajiem modulatoriem, salīdzināšanas galvenie parametri ir:
(1) pusviļņu volta garuma produkts (vπ · l, v · cm), mērot modulācijas efektivitāti, jo mazāka vērtība, jo augstāka ir modulācijas efektivitāte;
(2) 3 DB modulācijas joslas platums (GHz), kas mēra modulatora reakciju uz augstfrekvences modulāciju;
(3) Optiskā ievietošanas zudums (DB) modulācijas reģionā. No galda var redzēt, ka plānas plēves litija niobāta modulatoram ir acīmredzamas priekšrocības modulācijas joslas platumā, pusviļņu spriegumā, optiskajā interpolācijas zudumā un tā tālāk.
Silīcijs, kā līdz šim ir izstrādāts integrētas optoelektronikas stūrakmens, process ir nobriedis, tā miniaturizācija veicina aktīvo/pasīvo ierīču liela mēroga integrāciju, un tā modulators ir plaši un dziļi izpētīts optiskās komunikācijas jomā. Silīcija elektrooptiskā modulācijas mehānisms galvenokārt ir nesēja samazināšana, nesēja injekcija un nesēja uzkrāšanās. Starp tiem modulatora joslas platums ir optimāls ar lineārās pakāpes nesēja samazināšanas mehānismu, bet, tā kā optiskā lauka sadalījums pārklājas ar noplicināšanas reģiona nevienmērīgumu, šis efekts ieviesīs nelineāru otrās kārtas izkropļojumu un trešās kārtas intermodulācijas traucējumus, kas saistīti ar optisko modulāciju un pārvadātāja atspoguļojumu.
INP modulatoram ir izcili elektrooptiski efekti, un daudzslāņu kvantu urbuma struktūra var realizēt īpaši augstu ātrumu un zemu braukšanas sprieguma modulatorus ar vπ · l līdz 0,156V · mm. Tomēr refrakcijas indeksa izmaiņas ar elektrisko lauku ietver lineārus un nelineārus terminus, un elektriskā lauka intensitātes palielināšanās padarīs otrās kārtas efektu ievērojamu. Tāpēc silīcija un INP elektro-optiskajiem modulatoriem ir jāpieliek neobjektivitāte, lai veidotu PN krustojumu, kad tie darbojas, un PN krustojums ienesīs absorbcijas zudumu gaismā. Tomēr šo divu modulatora lielums ir mazs, komerciālais INP modulatora lielums ir 1/4 no LN modulatora. Augsta modulācijas efektivitāte, piemērota augstas blīvuma un neliela attāluma digitālā optiskā pārraides tīkliem, piemēram, datu centriem. Litija niobāta elektrooptiskajam efektam nav gaismas absorbcijas mehānisma un zemi zaudējumi, kas ir piemēroti lielgabarīta koherentamOptiskā komunikācijaar lielu jaudu un augstu likmi. Mikroviļņu fotona pielietojumā Si un INP elektrooptiskie koeficienti ir nelineāri, kas nav piemēroti mikroviļņu fotonu sistēmai, kas veic augstu linearitāti un lielu dinamiku. Litija niobāta materiāls ir ļoti piemērots mikroviļņu fotonu pielietošanai, jo tam ir pilnīgi lineārā elektro-optiskā modulācijas koeficienta.
Pasta laiks: Apr-22-2024