Vysoce výkonný elektrooptický modulátor: tenkovrstvý modulátor lithium-niobátu

Vysoce výkonný elektrooptický modulátor:tenkovrstvý modulátor niobátu lithia

Elektrooptický modulátor (EOM modulátor) je modulátor vyrobený s využitím elektrooptického efektu určitých elektrooptických krystalů, který dokáže převádět vysokorychlostní elektronické signály v komunikačních zařízeních na optické signály. Když je elektrooptický krystal vystaven působení elektrického pole, změní se index lomu elektrooptického krystalu a odpovídajícím způsobem se změní i charakteristiky optické vlny krystalu, čímž se dosáhne modulace amplitudy, fáze a polarizačního stavu optického signálu a vysokorychlostní elektronický signál v komunikačním zařízení se modulací převede na optický signál.

V současné době existují tři hlavní typyelektrooptické modulátoryna trhu: modulátory na bázi křemíku, modulátory na bázi fosfidu india a tenkovrstvé modulátorymodulátor niobátu lithnéhoMezi nimi křemík nemá přímý elektrooptický koeficient, jeho výkon je obecnější a je vhodný pouze pro výrobu modulátoru transceiverového modulu pro přenos dat na krátké vzdálenosti. Fosfid india je sice vhodný pro středně dlouhé vzdálenosti optického komunikačního síťového transceiverového modulu, ale požadavky na integrační proces jsou extrémně vysoké, náklady jsou relativně vysoké a aplikace podléhá určitým omezením. Naproti tomu krystal niobátu lithného je nejen bohatý na fotoelektrický efekt, ale také na fotorefraktivní efekt, nelineární efekt, elektrooptický efekt, akustický optický efekt, piezoelektrický efekt a termoelektrický efekt. Díky své mřížkové struktuře a bohaté struktuře defektů lze mnoho vlastností niobátu lithného výrazně regulovat krystalovým složením, dopováním prvků, řízením valenčního stavu atd. Dosahuje vynikajícího fotoelektrického výkonu, jako je elektrooptický koeficient až 30,9 pm/V, což je výrazně více než u fosfidu india, a má malý cvrlikání (cvrlikání: označuje jev, kdy se frekvence v pulzu mění s časem během procesu přenosu laserového pulzu. Větší cvrlikání má za následek nižší poměr signálu k šumu a nelineární efekt), dobrý poměr extinkce (průměrný poměr výkonu zapnutého a vypnutého stavu signálu) a vynikající stabilitu zařízení. Kromě toho se pracovní mechanismus tenkovrstvého modulátoru na bázi niobátu lithného lithia liší od mechanismu modulátoru na bázi křemíku a modulátoru na bázi fosfidu india využívajícího nelineární modulační metody, které využívají lineární elektrooptický efekt k načtení elektricky modulovaného signálu na optický nosič a modulační rychlost je určena především výkonem mikrovlnné elektrody, takže lze dosáhnout vyšší modulační rychlosti a linearity a také nižší spotřeby energie. Na základě výše uvedeného se niobát lithný stal ideální volbou pro výrobu vysoce výkonných elektrooptických modulátorů, které mají širokou škálu uplatnění v koherentních optických komunikačních sítích 100G/400G a ultrarychlých datových centrech a mohou dosáhnout dlouhých přenosových vzdáleností více než 100 kilometrů.

Niobičnan lithný jakožto převratný materiál „fotonové revoluce“ má sice ve srovnání s křemíkem a fosfidem india mnoho výhod, ale v zařízeních se často objevuje ve formě sypkého materiálu. Světlo je omezeno na rovinný vlnovod vytvořený iontovou difúzí nebo protonovou výměnou. Rozdíl indexu lomu je obvykle relativně malý (kolem 0,02) a velikost zařízení je relativně velká. Je obtížné splnit požadavky miniaturizace a integrace.optická zařízení, a jeho výrobní linka se stále liší od skutečné mikroelektronické procesní linky a existuje problém s vysokými náklady, takže tvorba tenkých vrstev je důležitým směrem vývoje niobátu lithného používaného v elektrooptických modulátorech.