Magasabb integrált vékony fóliós lítium-niobát-elektrooptikai modulátor

Nagy linearitáselektrooptikus modulátorés mikrohullámú foton alkalmazás
A kommunikációs rendszerek növekvő követelményeivel a jelek átviteli hatékonyságának további javítása érdekében az emberek a fotonokat és az elektronokat összeolvasztják a kiegészítő előnyök elérése érdekében, és a mikrohullámú fotonika születik. Az elektro-optikai modulátorra szükség van az elektromosság világítására történő átalakításáhozmikrohullámú fotonikus rendszerek, és ez a kulcs lépés általában meghatározza a teljes rendszer teljesítményét. Mivel a rádiófrekvenciás jel átalakítása optikai tartományra egy analóg jel folyamat, és a szokásoselektro-optikai modulátorokA nemlinearitással járó nemlinearitású, súlyos jel torzulása van az átalakítási folyamatban. A hozzávetőleges lineáris moduláció elérése érdekében a modulátor működési pontját általában az ortogonális torzítás pontján rögzítik, de még mindig nem felel meg a mikrohullámú fotonkapcsolat követelményeinek a modulátor linearitása szempontjából. Sürgősen szükség van a nagy linearitású elektro-optikai modulátorokra.

A szilícium anyagok nagysebességű törésmutató-modulációját általában a szabad hordozó plazma diszperziós (FCD) hatásával érik el. Mind az FCD effektus, mind a PN csomópont moduláció nemlineáris, ami a szilíciummodulátor kevésbé lineáris, mint a lítium -niobát modulátor. A lítium -niobát anyagok kiválóan mutatnakelektro-optikai modulációtulajdonságok a koronghatásuk miatt. Ugyanakkor a lítium-niobát anyagnak a nagy sávszélesség, a jó modulációs jellemzők, az alacsony veszteség, az egyszerű integráció és a félvezető eljárás kompatibilitása, a vékony fóliák-niobát használata nagy teljesítményű elektrooptikai modulátor előállításához, összehasonlítva a szilikon szinte „rövid lemez”, hanem a magas linearitás elérése érdekében. A vékonyréteg-lítium-niobát (LNOI) elektrooptikus modulátor szigetelőn ígéretes fejlesztési iránygá vált. A vékony film-lítium-niobát anyagkészítő technológia és a hullámvezető maratási technológia fejlesztésével a vékony fóliós lítium-niobát-elektro-optikai modulátor magas konverziós hatékonysága és magasabb integrációja a nemzetközi tudományos élet és az ipar területévé vált.

A vékonyréteg -lítium -niobát jellemzői
Az Egyesült Államokban a DAP AR tervezése a lítium -niobát anyagok következő értékelését készítette: ha az elektronikus forradalom központját a szilícium anyagnak nevezik, amely lehetővé teszi, akkor a fotonikai forradalom szülőhelyét valószínűleg a lítium -niobátnak nevezik. Ennek oka az, hogy a lítium-niobát integrálja az elektro-optikai hatást, az akuszto-optikai hatást, a piezoelektromos hatást, a hőelektromos hatást és a fotorefraktív hatást, akárcsak a szilícium anyagok az optika területén.

Az optikai átviteli tulajdonságok szempontjából az INP anyag a legnagyobb chip átviteli veszteséggel jár, mivel a fény felszívódása az általánosan használt 1550 nm-es sávban. A SiO2 és a szilícium -nitrid a legjobb átviteli tulajdonságokkal rendelkezik, és a veszteség elérheti ~ 0,01dB/cm szintjét; Jelenleg a vékonyrétegű lítium-niobát hullámvezető hullámvezetője eléri a 0,03dB/cm szintet, és a vékonyréteg-lítium-niobát-hullámvezető vesztesége tovább csökkenthető a technológiai szint folyamatos javulásával a jövőben. Ezért a vékonyrétegű lítium -niobát anyag jó teljesítményt mutat a passzív fényszerkezetek, például a fotoszintézis út, a shunt és a mikrokorozás esetén.

A fénygenerálás szempontjából csak az INP képes közvetlenül a fényt kibocsátani; Ezért a mikrohullámú fotonok alkalmazásához be kell vezetni az INP alapú fényforrást az LNOI alapú fotonikus integrált chipen a hegesztés vagy az epitaxiális növekedés visszahelyezésével. A fénymoduláció szempontjából hangsúlyozták, hogy a vékonyréteg-lítium-niobát anyag könnyebben elérhető nagyobb modulációs sávszélességet, alsó félhullámú feszültséget és alacsonyabb sebességváltó veszteséget, mint az INP és az SI. Ezenkívül a vékonyréteg-lítium-niobát anyagok elektro-optikai modulációjának magas linearitása elengedhetetlen az összes mikrohullámú foton alkalmazáshoz.

Az optikai útválasztás szempontjából a vékonyréteg-lítium-niobát anyag nagysebességű elektro-optikai reakciója miatt az LNOI-alapú optikai kapcsoló képes nagysebességű optikai útválasztási váltásra, és az ilyen nagysebességű váltás energiafogyasztása szintén nagyon alacsony. Az integrált mikrohullámú fotontechnika tipikus alkalmazásához az optikailag ellenőrzött gerendás formájú chip képes nagy sebességű váltást, hogy megfeleljen a gyors sugár szkennelés igényeinek, és az ultra-alacsony energiafogyasztás jellemzői jól alkalmazkodnak a nagyméretű fázisú tömbrendszer szigorú követelményeihez. Noha az INP-alapú optikai kapcsoló felismerheti a nagysebességű optikai útváltást, nagy zajt vezet be, különösen akkor, ha a többszintű optikai kapcsoló lépcsőzetes, a zaj együtthatója súlyosan romlik. A szilícium, az SiO2 és a szilícium-nitrid anyagok csak az optikai útvonalakat válthatják át a hő-optikai hatással vagy a hordozó diszperziós hatásán keresztül, amelynek hátránya a nagy energiafogyasztás és a lassú kapcsolási sebesség. Ha a fokozatos tömb tömbmérete nagy, akkor nem felel meg az energiafogyasztás követelményeinek.

Az optikai amplifikáció szempontjából afélvezető optikai erősítő (SOA) Az INP alapú alapú kereskedelmi használatra érett, de a nagy zaj -együttható hátrányai és az alacsony telítettségű kimeneti teljesítmény, ami nem segíti elő a mikrohullámú fotonok alkalmazását. A vékonyrétegű lítium-niobát-hullámvezető paraméteres amplifikációs folyamata periodikus aktiválás és inverzió alapján alacsony zajt és nagy teljesítményű chip optikai amplifikációt érhet el, amely jól megfelel az integrált mikrohullámú fotontechnika követelményeinek az on-chip optikai amplifikációhoz.

A fényérzékelés szempontjából a vékonyréteg -lítium -niobát jó átviteli tulajdonságokkal rendelkezik, hogy megvilágítsák az 1550 nm -es sávot. A fotoelektromos átalakítás funkciója nem valósítható meg, tehát a mikrohullámú foton alkalmazásokhoz a chip fotoelektromos átalakításának igényeinek kielégítése érdekében. Az InGAAS-t vagy a GE-SI detektáló egységeket be kell vezetni az LNOI alapú fotonikus integrált chipsen hegesztés vagy epitaxiális növekedés visszahelyezésével. Az optikai szálakkal való kapcsolás szempontjából, mivel maga az optikai szál SiO2 anyag, az SiO2 hullámvezető üzemmódja a leginkább az optikai rost üzemmód -mezőjével illeszkedik, és a kapcsolás a legkényelmesebb. A vékonyréteg -lítium -niobát erősen korlátozott hullámvezetőjének üzemmód -átmérője körülbelül 1 μm, ami meglehetősen különbözik az optikai rost üzemmódjától, ezért a megfelelő üzemmódú folttranszformációt kell végrehajtani, hogy megfeleljen az optikai rost üzemmód -mezőjének.

Az integráció szempontjából az, hogy a különféle anyagok magas integrációs potenciállal rendelkeznek -e, elsősorban a hullámvezető hajlítási sugaraitól függ (a hullámvezető üzemmód korlátozása befolyásolja). Az erősen korlátozott hullámvezető lehetővé teszi egy kisebb hajlítási sugarat, amely jobban elősegíti a magas integráció megvalósulását. Ezért a vékonyrétegű lítium-niobát hullámvezetők nagy integráció elérését eredményezhetik. Ezért a vékonyréteg -lítium -niobát megjelenése lehetővé teszi, hogy a lítium -niobát anyag valóban optikai „szilícium” szerepet játsszon. A mikrohullámú fotonok alkalmazásához a vékonyréteg -lítium -niobát előnyei nyilvánvalóbbak.