Yksi optisen modulaattorin tärkeimmistä ominaisuuksista on sen modulointinopeus eli kaistanleveys, jonka tulisi olla vähintään yhtä nopea kuin saatavilla olevalla elektroniikalla. Transistoreita, joiden siirtotaajuudet ovat selvästi yli 100 GHz, on jo osoitettu 90 nm:n piiteknologiassa, ja nopeus kasvaa entisestään pienimmän ominaisuuden koon pienentyessä [1]. Nykyisten piipohjaisten modulaattoreiden kaistanleveys on kuitenkin rajallinen. Piillä ei ole χ(2)-epälineaarisuutta sen keskisymmetrisen kiteisen rakenteen vuoksi. Jännitetyn piin käyttö on jo johtanut mielenkiintoisiin tuloksiin [2], mutta epälineaarisuudet eivät vielä mahdollista käytännön laitteita. Siksi huippuluokan piipohjaiset fotoniset modulaattorit perustuvat edelleen vapaiden varaustenkuljettajien dispersioon pn- tai nastaliitoksissa [3–5]. Eteenpäin esijännitetyillä liitoksilla on osoitettu olevan niinkin alhainen jännite-pituustulo kuin VπL = 0,36 V mm, mutta modulointinopeutta rajoittaa vähemmistökantajien dynamiikka. Silti 10 Gbit/s tiedonsiirtonopeuksia on saavutettu sähköisen signaalin esivahvistuksen avulla [4]. Käyttämällä sen sijaan käänteisesti esijännitettyjä liitoksia kaistanleveyttä on nostettu noin 30 GHz:iin [5,6], mutta jännitteen ja pituuden tulo on noussut arvoon VπL = 40 V mm. Valitettavasti tällaiset plasmailmiöön perustuvat vaihemodulaattorit tuottavat myös ei-toivottua intensiteettimodulaatiota [7], ja ne reagoivat epälineaarisesti käytettyyn jännitteeseen. Edistyneet modulaatioformaatit, kuten QAM, vaativat kuitenkin lineaarisen vasteen ja puhtaan vaihemodulaation, mikä tekee sähköoptisen ilmiön (Pockels-ilmiön [8]) hyödyntämisestä erityisen toivottavaa.
2. SOH-lähestymistapa
Äskettäin on ehdotettu pii-orgaaninen hybridi (SOH) -lähestymistapaa [9–12]. Esimerkki SOH-modulaattorista on esitetty kuvassa 1(a). Se koostuu optista kenttää ohjaavasta rakoaaltojohdasta ja kahdesta piiliuskasta, jotka yhdistävät optisen aaltojohteen sähköisesti metallisiin elektrodeihin. Elektrodit sijaitsevat optisen modaalikentän ulkopuolella optisten häviöiden välttämiseksi [13], kuva 1(b). Laite on päällystetty sähköoptisella orgaanisella materiaalilla, joka täyttää raon tasaisesti. Moduloiva jännite kulkee metallinen sähköaaltojohdin läpi ja putoaa raon yli johtavien piiliuskojen ansiosta. Tuloksena oleva sähkökenttä muuttaa sitten raon taitekerrointa erittäin nopean sähköoptisen vaikutuksen kautta. Koska raon leveys on luokkaa 100 nm, muutama voltti riittää tuottamaan erittäin voimakkaita moduloivia kenttiä, jotka ovat suuruusluokkaa useimpien materiaalien dielektrisen lujuuden verran. Rakenteella on korkea modulointitehokkuus, koska sekä moduloiva että optinen kentät ovat keskittyneet raon sisään, kuva 1(b) [14]. Ensimmäiset alijännitettä hyödyntävien SOH-modulaattoreiden toteutukset [11] on jo esitetty, ja sinimuotoista modulaatiota on osoitettu jopa 40 GHz:iin asti [15,16]. Pienjännitteisten ja nopeiden SOH-modulaattoreiden rakentamisen haasteena on kuitenkin erittäin johtavan kytkentäliuskan luominen. Ekvivalenttipiirissä rakoa voidaan edustaa kondensaattorilla C ja johtavia liuskoja vastuksilla R, kuva 1(b). Vastaava RC-aikavakio määrittää laitteen kaistanleveyden [10,14,17,18]. Vastuksen R pienentämiseksi on ehdotettu piiliuskojen seostusta [10,14]. Vaikka seostus lisää piiliuskojen johtavuutta (ja siten lisää optisia häviöitä), siitä aiheutuu lisähäviösakko, koska epäpuhtauksien sironta heikentää elektronien liikkuvuutta [10,14,19]. Lisäksi viimeisimmät valmistusyritykset osoittivat odottamattoman alhaista johtavuutta.
Kiinan "Piilaaksossa" – Pekingin Zhongguancunissa – sijaitseva Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. on korkean teknologian yritys, joka on omistautunut palvelemaan kotimaisia ja ulkomaisia tutkimuslaitoksia, tutkimuslaitoksia, yliopistoja ja yritysten tieteellisen tutkimuksen henkilöstöä. Yrityksemme harjoittaa pääasiassa optoelektronisten tuotteiden itsenäistä tutkimus- ja kehitystyötä, suunnittelua, valmistusta ja myyntiä sekä tarjoaa innovatiivisia ratkaisuja ja ammattimaisia, yksilöllisiä palveluita tieteellisille tutkijoille ja teollisuusinsinööreille. Vuosien itsenäisen innovaatiotoiminnan jälkeen se on muodostanut rikkaan ja täydellisen sarjan valosähköisiä tuotteita, joita käytetään laajalti kunnallis-, sotilas-, liikenne-, sähkö-, rahoitus-, koulutus-, lääketieteen ja muilla teollisuudenaloilla.
Odotamme innolla yhteistyötä kanssanne!
Julkaisun aika: 29.3.2023