Korkeampi integroitu ohutkalvo litiumniobaatti sähköoptinen modulaattori

Korkea lineaarisuussähköoptinen modulaattorija mikroaaltofotonisovellus
Viestintäjärjestelmien lisääntyvien vaatimusten myötä signaalien siirtotehokkuuden parantamiseksi edelleen ihmiset yhdistävät fotoneja ja elektroneja täydentävien etujen saavuttamiseksi, ja syntyy mikroaaltofotoniikka.Sähköoptista modulaattoria tarvitaan sähkön muuntamiseen valoksimikroaaltofotonijärjestelmät, ja tämä avainvaihe yleensä määrittää koko järjestelmän suorituskyvyn.Koska radiotaajuussignaalin muuntaminen optiseksi alueeksi on analoginen signaaliprosessi ja tavallinensähköoptiset modulaattoriton luontaista epälineaarisuutta, muuntoprosessissa on vakava signaalisärö.Likimääräisen lineaarisen modulaation saavuttamiseksi modulaattorin toimintapiste kiinnitetään yleensä ortogonaaliseen bias-pisteeseen, mutta se ei silti voi täyttää mikroaaltofotonilinkin vaatimuksia modulaattorin lineaarisuuden suhteen.Sähköoptisia modulaattoreita, joilla on korkea lineaarisuus, tarvitaan kiireesti.

Piimateriaalien nopea taitekerroinmodulaatio saavutetaan yleensä vapaan kantajan plasmadispersion (FCD) vaikutuksella.Sekä FCD-efekti että PN-liitosmodulaatio ovat epälineaarisia, mikä tekee piimodulaattorista vähemmän lineaarista kuin litiumniobaattimodulaattori.Litiumniobaattimateriaalit ovat erinomaisiasähkö-optinen modulaatioominaisuuksia niiden Pucker-efektin vuoksi.Samanaikaisesti litiumniobaattimateriaalilla on etuja suuri kaistanleveys, hyvät modulaatioominaisuudet, pieni häviö, helppo integrointi ja yhteensopivuus puolijohdeprosessin kanssa, ohutkalvolitiumniobaatin käyttö korkean suorituskyvyn sähköoptisen modulaattorin valmistamiseksi piiiin verrattuna. lähes mitään "lyhytlevyä", mutta myös korkean lineaarisuuden saavuttamiseksi.Ohutkalvo litiumniobaatti (LNOI) sähköoptinen modulaattori eristeen on tullut lupaava kehityssuunta.Ohutkalvolitiumniobaattimateriaalin valmistusteknologian ja aaltoputkietsaustekniikan kehityksen myötä ohutkalvolitiumniobaattisähköoptisen modulaattorin korkea muunnostehokkuus ja korkeampi integraatio on tullut kansainvälisen tiedemaailman ja teollisuuden alaksi.

Ohutkalvon litiumniobaatin ominaisuudet
Yhdysvalloissa DAP AR -suunnittelu on tehnyt litiumniobaattimateriaalien arvioinnin seuraavasti: jos elektronisen vallankumouksen keskus on nimetty sen mahdollistavan piimateriaalin mukaan, niin fotoniikan vallankumouksen syntypaikka on todennäköisesti nimetty litiumniobaatin mukaan. .Tämä johtuu siitä, että litiumniobaatti yhdistää sähköoptisen, akusto-optisen, pietsosähköisen efektin, lämpösähköisen vaikutuksen ja valotaitevaikutuksen yhdeksi, aivan kuten piimateriaalit optiikan alalla.

Optisten lähetysominaisuuksien suhteen InP-materiaalilla on suurin sirulla oleva siirtohäviö, joka johtuu valon absorptiosta yleisesti käytetyllä 1550 nm:n kaistalla.SiO2:lla ja piinitridillä on parhaat siirto-ominaisuudet, ja häviö voi olla ~ 0,01 dB/cm;Tällä hetkellä ohutkalvolitiumniobaattiaaltoputken aaltoputkihäviö voi saavuttaa tason 0,03 dB/cm, ja ohutkalvolitiumniobaattiaaltoputken häviötä voidaan vähentää edelleen parantamalla jatkuvasti teknologista tasoa tulevaisuutta.Siksi ohutkalvoinen litiumniobaattimateriaali osoittaa hyvää suorituskykyä passiivisissa valorakenteissa, kuten fotosynteesipolussa, shuntissa ja mikrorenkaassa.

Valontuoton kannalta vain InP pystyy lähettämään valoa suoraan;Siksi mikroaaltofotonien soveltamista varten on tarpeen ottaa käyttöön InP-pohjainen valonlähde LNOI-pohjaiseen integroituun fotoniseen siruun takakuormitushitsauksen tai epitaksiaalisen kasvun avulla.Valomodulaation suhteen edellä on korostettu, että ohutkalvolla litiumniobaattimateriaalia on helpompi saavuttaa suurempi modulaatiokaistanleveys, pienempi puoliaaltojännite ja pienempi lähetyshäviö kuin InP ja Si.Lisäksi ohutkalvolitiumniobaattimateriaalien sähkö-optisen modulaation korkea lineaarisuus on olennaista kaikissa mikroaaltofotonisovelluksissa.

Optisen reitityksen osalta ohutkalvolitiumniobaattimateriaalin nopea sähköoptinen vaste tekee LNOI-pohjaisesta optisesta kytkimestä kykenevän nopeaan optiseen reitityskytkentään, ja tällaisen nopean kytkennän virrankulutus on myös erittäin alhainen.Integroidun mikroaaltofotonitekniikan tyypilliseen käyttöön optisesti ohjatulla säteenmuodostussirulla on kyky nopeaan kytkentään vastaamaan nopean säteen skannauksen tarpeita, ja erittäin alhaisen virrankulutuksen ominaisuudet ovat hyvin mukautettuja suurten laitteiden tiukoihin vaatimuksiin. -mittakaavainen vaiheistettu järjestelmä.Vaikka InP-pohjainen optinen kytkin voi toteuttaa myös nopean optisen polun vaihdon, se aiheuttaa suurta kohinaa, varsinkin kun monitasoinen optinen kytkin on kaskadoitu, kohinakerroin heikkenee vakavasti.Pii-, SiO2- ja piinitridimateriaalit voivat vaihtaa optisia polkuja vain termooptisen vaikutuksen tai kantoaallon dispersiovaikutuksen kautta, jolla on haittoja korkea virrankulutus ja hidas kytkentänopeus.Kun vaiheistetun ryhmän koko on suuri, se ei voi täyttää virrankulutuksen vaatimuksia.

Mitä tulee optiseen vahvistukseen,puolijohteinen optinen vahvistin (SOAInP-pohjainen ) on kypsä kaupalliseen käyttöön, mutta sen haittapuolena on korkea kohinakerroin ja alhainen kyllästyslähtöteho, mikä ei edistä mikroaaltofotonien käyttöä.Ohutkalvon litiumniobaattiaaltoputken parametrinen vahvistusprosessi, joka perustuu jaksoittaiseen aktivointiin ja inversioon, voi saavuttaa alhaisen kohinan ja suuren tehon sirun optisen vahvistuksen, joka voi hyvin täyttää integroidun mikroaaltofotonitekniikan vaatimukset sirulla olevan optisen vahvistuksen osalta.

Valon havaitsemisen kannalta ohutkalvolitiumniobaatilla on hyvät valonläpäisyominaisuudet 1550 nm:n kaistalla.Valosähköisen muuntamisen toimintoa ei voida toteuttaa, joten mikroaaltofotonisovelluksissa, jotta voidaan täyttää valosähköisen muuntamisen tarpeet sirulla.InGaAs- tai Ge-Si-ilmaisuyksiköt on otettava käyttöön LNOI-pohjaisilla integroiduilla fotonisilla siruilla takakuormitushitsauksella tai epitaksiaalisella kasvulla.Mitä tulee kytkemiseen optiseen kuituun, koska itse optinen kuitu on SiO2-materiaalia, SiO2-aaltoputken moodikentällä on korkein vastaavuusaste optisen kuidun moodikentän kanssa, ja kytkentä on kätevin.Ohutkalvon litiumniobaatin voimakkaasti rajoitetun aaltoputken moodikentän halkaisija on noin 1 μm, mikä on melko erilainen kuin optisen kuidun moodikenttä, joten oikea tilapistemuunnos on suoritettava vastaamaan optisen kuidun moodikenttää.

Integroinnin kannalta se, onko eri materiaaleilla korkea integraatiopotentiaali, riippuu pääasiassa aaltoputken taivutussäteestä (johon vaikuttaa aaltoputken moodikentän rajoitus).Voimakkaasti rajoitettu aaltoputki mahdollistaa pienemmän taivutussäteen, mikä on suotuisampi korkean integroinnin toteutumiselle.Siksi ohutkalvolitiumniobaattiaaltoputkilla on mahdollisuus saavuttaa korkea integraatio.Siksi ohutkalvolitiumniobaatin ulkonäkö mahdollistaa litiumniobaattimateriaalin todella näyttelevän optisen "piin" roolia.Mikroaaltofotonien käytön kannalta ohutkalvolitiumniobaatin edut ovat ilmeisempiä.