Jednou z nejdůležitějších vlastností optického modulátoru je jeho modulační rychlost neboli šířka pásma, která by měla být alespoň stejně rychlá jako u dostupné elektroniky. Tranzistory s průchodovými frekvencemi výrazně nad 100 GHz již byly demonstrovány v 90nm křemíkové technologii a rychlost se bude dále zvyšovat s tím, jak se bude snižovat minimální velikost prvku [1]. Šířka pásma současných modulátorů na bázi křemíku je však omezená. Křemík nemá χ(2)-nelinearitu kvůli své centrosymetrické krystalické struktuře. Použití napjatého křemíku již vedlo k zajímavým výsledkům [2], ale nelinearity zatím neumožňují vývoj praktických zařízení. Nejmodernější křemíkové fotonické modulátory se proto stále spoléhají na disperzi volných nosičů v pn nebo pinových spojích [3–5]. U spojů s dopředným polaritním polem bylo prokázáno, že součin napětí a délky je až VπL = 0,36 V mm, ale modulační rychlost je omezena dynamikou minoritních nosičů. Přesto byly s pomocí preemfáze elektrického signálu [4] generovány datové rychlosti 10 Gbit/s. Použitím reverzně polarizovaných přechodů se šířka pásma zvýšila na přibližně 30 GHz [5,6], ale součin napětí a délky vzrostl na VπL = 40 V mm. Bohužel takové fázové modulátory s plazmovým efektem produkují také nežádoucí modulaci intenzity [7] a reagují nelineárně na aplikované napětí. Pokročilé modulační formáty, jako je QAM, však vyžadují lineární odezvu a čistou fázovou modulaci, což činí využití elektrooptického efektu (Pockelsův jev [8]) obzvláště žádoucím.
2. Přístup SOH
Nedávno byl navržen přístup křemíkovo-organické hybridní (SOH) struktuře [9–12]. Příklad SOH modulátoru je znázorněn na obr. 1(a). Skládá se ze štěrbinového vlnovodu, který vede optické pole, a dvou křemíkových pásků, které elektricky spojují optický vlnovod s kovovými elektrodami. Elektrody jsou umístěny vně optického modálního pole, aby se zabránilo optickým ztrátám [13], obr. 1(b). Zařízení je potaženo elektrooptickým organickým materiálem, který rovnoměrně vyplňuje štěrbinu. Modulační napětí je přenášeno kovovým elektrickým vlnovodem a díky vodivým křemíkovým páskům klesá napříč štěrbinou. Výsledné elektrické pole pak mění index lomu ve štěrbině prostřednictvím ultrarychlého elektrooptického jevu. Vzhledem k tomu, že štěrbina má šířku řádově 100 nm, stačí několik voltů k vygenerování velmi silných modulačních polí, která jsou řádově rovna dielektrické pevnosti většiny materiálů. Struktura má vysokou modulační účinnost, protože modulační i optické pole jsou koncentrována uvnitř štěrbiny, obr. 1(b) [14]. První implementace SOH modulátorů s provozem v subvoltovém pásku [11] již byly ukázány a byla demonstrována sinusová modulace až do 40 GHz [15,16]. Problémem při konstrukci nízkonapěťových vysokorychlostních SOH modulátorů je však vytvoření vysoce vodivého spojovacího pásku. V ekvivalentním obvodu může být štěrbina reprezentována kondenzátorem C a vodivé pásky rezistory R, obr. 1(b). Odpovídající časová konstanta RC určuje šířku pásma zařízení [10,14,17,18]. Aby se snížil odpor R, bylo navrženo dopovat křemíkové pásky [10,14]. I když dopování zvyšuje vodivost křemíkových pásků (a tím zvyšuje optické ztráty), platí se dodatečná ztráta, protože pohyblivost elektronů je narušena rozptylem nečistot [10,14,19]. Navíc nejnovější pokusy o výrobu ukázaly neočekávaně nízkou vodivost.
Společnost Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. se sídlem v čínském „Silicon Valley“ – Beijing Zhongguancun, je high-tech podnik zaměřený na služby domácím i zahraničním výzkumným institucím, výzkumným ústavům, univerzitám a vědeckovýzkumným pracovníkům v podnicích. Naše společnost se zabývá především nezávislým výzkumem a vývojem, návrhem, výrobou a prodejem optoelektronických produktů a poskytuje inovativní řešení a profesionální, personalizované služby pro vědecké výzkumníky a průmyslové inženýry. Po letech nezávislých inovací vytvořila bohatou a dokonalou řadu fotoelektrických produktů, které se široce používají v komunálním, vojenském, dopravním, energetickém, finančním, vzdělávacím, lékařském a dalších odvětvích.
Těšíme se na spolupráci s vámi!
Čas zveřejnění: 29. března 2023