Az optikai modulátorok egyik legfontosabb tulajdonsága a modulációs sebessége vagy sávszélessége, amelynek legalább olyan gyorsnak kell lennie, mint a rendelkezésre álló elektronikának. A 100 GHz-nél jóval nagyobb tranzitfrekvenciájú tranzitfrekvenciájú tranzitokat már demonstrálták 90 nm-es szilíciumtechnológiában, és a sebesség tovább fog növekedni a minimális jellemzőméret csökkentésével [1]. A jelenlegi szilíciumalapú modulátorok sávszélessége azonban korlátozott. A szilícium centroszimmetrikus kristályos szerkezete miatt nem rendelkezik χ(2)-nemlinearitással. A feszített szilícium használata már érdekes eredményekhez vezetett [2], de a nemlinearitások még nem teszik lehetővé a gyakorlati eszközök alkalmazását. A legmodernebb szilícium fotonikus modulátorok ezért továbbra is a pn- vagy tűátmenetekben lévő szabad töltéshordozó-diszperzióra támaszkodnak [3–5]. Az előre előfeszített átmenetekről kimutatták, hogy akár VπL = 0,36 V mm alacsony feszültség-hosszúság szorzatot is mutatnak, de a modulációs sebességet a kisebbségi töltéshordozók dinamikája korlátozza. Ennek ellenére 10 Gbit/s adatsebességet sikerült elérni az elektromos jel előhangsúlyozásával [4]. Ehelyett fordított előfeszítésű átmenetek használatával a sávszélességet körülbelül 30 GHz-re növelték [5,6], de a feszültség-hossz szorzat VπL = 40 V mm-re emelkedett. Sajnos az ilyen plazmaeffektusú fázismodulátorok nemkívánatos intenzitásmodulációt is produkálnak [7], és nemlineárisan reagálnak az alkalmazott feszültségre. A fejlett modulációs formátumok, mint például a QAM, azonban lineáris választ és tiszta fázismodulációt igényelnek, ami különösen kívánatossá teszi az elektrooptikai hatás (Pockels-effektus [8]) kihasználását.
2. SOH-megközelítés
Nemrégiben javasolták a szilícium-szerves hibrid (SOH) megközelítést [9–12]. Az SOH modulátor egy példáját az 1. ábra (a) része mutatja be. Ez egy réshullámvezetőből áll, amely az optikai mezőt vezeti, és két szilíciumcsíkból, amelyek elektromosan összekötik az optikai hullámvezetőt a fémes elektródákkal. Az elektródák az optikai modális mezőn kívül helyezkednek el az optikai veszteségek elkerülése érdekében [13], 1. ábra (b). Az eszköz elektrooptikai szerves anyaggal van bevonva, amely egyenletesen kitölti a rést. A moduláló feszültséget a fémes elektromos hullámvezető vezeti, és a vezetőképes szilíciumcsíkoknak köszönhetően leesik a résen. A keletkező elektromos mező ezután megváltoztatja a törésmutatót a résben az ultragyors elektrooptikai hatás révén. Mivel a rés szélessége 100 nm nagyságrendű, néhány volt elegendő nagyon erős moduláló mezők létrehozásához, amelyek nagyságrendje a legtöbb anyag dielektromos szilárdságának felel meg. A szerkezet magas modulációs hatékonysággal rendelkezik, mivel mind a moduláló, mind az optikai mező a rés belsejében koncentrálódik, 1. ábra (b) [14]. Valóban, a szubvoltos működésű SOH modulátorok első megvalósításait [11] már bemutatták, és a 40 GHz-ig terjedő szinuszos modulációt is demonstrálták [15,16]. Az alacsony feszültségű, nagysebességű SOH modulátorok építésének kihívása azonban egy nagy vezetőképességű összekötő csík létrehozása. Egy ekvivalens áramkörben a rést egy C kondenzátor, a vezető csíkokat pedig az R ellenállások ábrázolhatják, 1(b) ábra. A megfelelő RC időállandó határozza meg az eszköz sávszélességét [10,14,17,18]. Az R ellenállás csökkentése érdekében javasolták a szilíciumcsíkok adalékolását [10,14]. Míg a adalékolás növeli a szilíciumcsíkok vezetőképességét (és ezáltal növeli az optikai veszteségeket), további veszteségbüntetést kell fizetni, mivel a szennyeződések szórása rontja az elektronmobilitást [10,14,19]. Ezenkívül a legújabb gyártási kísérletek váratlanul alacsony vezetőképességet mutattak.
A kínai „Szilícium-völgyben” – Peking Zhongguancunban – található Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. egy high-tech vállalat, amely hazai és külföldi kutatóintézetek, kutatóintézetek, egyetemek és vállalati tudományos kutatók kiszolgálására specializálódott. Cégünk főként optoelektronikai termékek független kutatásával és fejlesztésével, tervezésével, gyártásával és értékesítésével foglalkozik, valamint innovatív megoldásokat és professzionális, személyre szabott szolgáltatásokat nyújt tudományos kutatók és ipari mérnökök számára. Évekig tartó független innováció után gazdag és tökéletes fotoelektromos termékek sorozatát hozta létre, amelyeket széles körben használnak az önkormányzati, katonai, közlekedési, villamosenergia-, pénzügyi, oktatási, orvosi és más iparágakban.
Várjuk az együttműködést!
Közzététel ideje: 2023. márc. 29.