Nagy teljesítményű elektrooptikai modulátor: vékonyrétegű lítium-niobát modulátor

Nagy teljesítményű elektrooptikai modulátor:vékonyrétegű lítium-niobát modulátor

Egy elektrooptikai modulátor (EOM modulátor) egy olyan modulátor, amelyet bizonyos elektrooptikai kristályok elektrooptikai hatásának felhasználásával állítanak elő, és amely a kommunikációs eszközökben lévő nagysebességű elektronikus jeleket optikai jelekké alakíthatja. Amikor az elektrooptikai kristályt elektromos térnek vetik alá, az elektrooptikai kristály törésmutatója megváltozik, és a kristály optikai hullámjellemzői is ennek megfelelően változnak, így megvalósítható az optikai jel amplitúdójának, fázisának és polarizációs állapotának modulációja, és a kommunikációs eszközben lévő nagysebességű elektronikus jel moduláció révén optikai jellé alakítható.

Jelenleg három fő típus létezikelektrooptikai modulátorokpiacon: szilícium alapú modulátorok, indium-foszfid modulátorok és vékonyréteg-modulátoroklítium-niobát modulátorKözülük a szilícium nem rendelkezik közvetlen elektrooptikai együtthatóval, a teljesítménye általánosabb, csak rövid távolságú adatátviteli adó-vevő modul modulátor gyártására alkalmas, az indium-foszfid bár alkalmas közép-hosszú távolságú optikai kommunikációs hálózati adó-vevő modulokhoz, de az integrációs folyamat követelményei rendkívül magasak, a költség viszonylag magas, az alkalmazás bizonyos korlátozásoknak van kitéve. Ezzel szemben a lítium-niobát kristály nemcsak gazdag fotoelektromos effektusban, hanem a beállított fotorefraktív hatás, a nemlineáris hatás, az elektrooptikai hatás, az akusztikus optikai hatás, a piezoelektromos hatás és a termoelektromos hatás is egyenlő eggyel, és rácsszerkezetének és gazdag hibaszerkezetének köszönhetően a lítium-niobát számos tulajdonsága nagymértékben szabályozható a kristályösszetétel, az elemadalékolás, a vegyértékállapot-szabályozás stb. révén. Kiváló fotoelektromos teljesítményt ér el, például akár 30,9 pm/V elektrooptikai együtthatót, amely jelentősen magasabb, mint az indium-foszfidé, és kis csipogó effektussal (csipogó hatás: arra a jelenségre utal, hogy az impulzuson belüli frekvencia az idő múlásával változik a lézerimpulzus átviteli folyamata során. A nagyobb csipogó hatás alacsonyabb jel-zaj arányt és nemlineáris hatást eredményez), jó kioltási aránnyal (a jel „be” és „ki” állapotának átlagos teljesítményaránya) és kiváló eszközstabilitású. Ezenkívül a vékonyrétegű lítium-niobát modulátor működési mechanizmusa eltér a szilícium alapú modulátor és az indium-foszfid modulátor nemlineáris modulációs módszereket alkalmazóétól, amelyek lineáris elektrooptikai hatást alkalmaznak az elektromosan modulált jel optikai vivőre való feltöltésére, és a modulációs sebességet főként a mikrohullámú elektróda teljesítménye határozza meg, így nagyobb modulációs sebesség és linearitás, valamint alacsonyabb energiafogyasztás érhető el. A fentiek alapján a lítium-niobát ideális választássá vált nagy teljesítményű elektrooptikai modulátorok előállításához, amelyek széles körben alkalmazhatók 100G/400G koherens optikai kommunikációs hálózatokban és ultra-nagy sebességű adatközpontokban, és több mint 100 kilométeres átviteli távolságokat is elérhetnek.

A lítium-niobát, mint a „fotonforradalom” felforgató anyaga, bár számos előnnyel rendelkezik a szilíciummal és az indium-foszfiddal összehasonlítva, gyakran tömbanyag formájában jelenik meg az eszközben, a fény az iondiffúzió vagy protoncsere által létrehozott síkhullámvezetőre korlátozódik, a törésmutató-különbség általában viszonylag kicsi (kb. 0,02), az eszköz mérete viszonylag nagy. Nehéz megfelelni a miniatürizálás és az integráció igényeinek.optikai eszközök, és a gyártósora továbbra is eltér a tényleges mikroelektronikai folyamatsortól, és problémát jelent a magas költség, ezért a vékonyréteg-képzés fontos fejlesztési irány az elektrooptikai modulátorokban használt lítium-niobát számára.