Plānas plēves litija niobāta priekšrocības un nozīme integrētā mikroviļņu fotonu tehnoloģijā
Mikroviļņu fotonu tehnoloģijair priekšrocības, kas saistītas ar lielu darba joslas platumu, spēcīgu paralēlu apstrādes spēju un zemu pārraides zudumu, kam ir potenciāls izjaukt tradicionālās mikroviļņu sistēmas tehnisko sašaurinājumu un uzlabot militārās elektroniskās informācijas aprīkojuma, piemēram, radara, elektroniskās kara, komunikācijas un mērīšanas un mērīšanas veiktspēju un uzlabotu veiktspēju, un to veiktspēja un mērīšana kontrole. 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 mikroviļņu fotona uzklāšanai ir dažas problēmas šajos divos fotonu integrācijas tehnoloģiju veidos: piemēram, Si modulatora un INP modulatora nelineārais elektrooptiskais koeficients ir pretrunā ar augsto linearitāti un lielajiem dinamiskajiem raksturlielumiem, ko veic mikroviļņu krāsnī fotonu tehnoloģija; Piemēram, silīcija optiskajam slēdzim, kas realizē optiskā ceļa pārslēgšanu, balstoties uz termiski-optisko efektu, pjezoelektrisko efektu vai nesēja iesmidzināšanas izkliedes efektu, ir problēmas, kas saistītas ar lēnas pārslēgšanas ātrumu, enerģijas patēriņu un siltuma patēriņu, kas nespēj ātri sastopamas ātri pārslēgšanas ātrums, kas nevar saskarties ar ātrumu staru skenēšana un liela masīva mēroga mikroviļņu fotonu lietojumprogrammas.
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 Amerikas Savienoto Valstu Hārvarda universitātes 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 elektroineritātei un augsta linearitāte elektro linearitātei -Populārais efekts, kad tas tika palaists, tas nekavējoties izraisīja akadēmisko un rūpniecisko uzmanību fotoniskās integrācijas un mikroviļņu fotonikas jomā. 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 materiāls, tas ir, litija niobāta plēve tiek salocīta no masīvā litija niobāta kristāla ar “jonu sagriešanas” metodi un piesaistīta Si vafelim ar silīcija dioksīda bufera slāni līdz silīcija dioksīda slānim līdz silīcija dioksīda slānim līdz silīcija dioksīda slānim līdz silīcija dioksīda slānim līdz silīcija dioksīda slānim līdz silīcija slānim līdz silīcija slānim līdz silīcija slānim līdz silīcija slānim ar metodi ar silīcija dioksīdu. Veidlapa LNOI (linbo3-on-insulator) materiāls [5], ko šajā dokumentā sauc par plānas plēves litija niobāta materiālu. Ridža viļņvadus, kuru augstums pārsniedz 100 nanometrus, var kodināt uz plānas plēves litija niobāta materiāliem, optimizējot sausas kodināšanas procesu, un efektīvā refrakcijas indeksa starpība viļņvadu starpā var sasniegt vairāk nekā 0,8 (daudz lielāka nekā tradicionālās refrakcijas indeksa starpība starpība tradicionālajā starpība tradicionālajā starpībā starp tradicionālo starpību refrakcijas indeksā starpība tradicionālajā starpībā starptautiskā starpība tradicionālajai starpībai. litija niobate viļņvadi 0,02), kā parādīts 1. attēlā. Spēcīgi ierobežotais viļņvads atvieglo gaismas lauka saskaņošanu ar mikroviļņu krāsni 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.
Silicon, as the cornerstone of integrated optoelectronics, has been developed so far, the process is mature, its miniaturization is conducive to the large-scale integration of active/passive devices, and its modulator has been widely and deeply studied in the field of optical komunikācija. 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 radīs nelineāru otrās kārtas kropļojumu un trešās kārtas starpmodulācijas kropļojumu kropļojumu izkropļojumu termini kopā ar nesēja absorbcijas efektu uz gaismu, kas novedīs pie optiskās modulācijas amplitūdas un signāla kropļojumu samazināšanas.
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