Jednou z nejdůležitějších vlastností optického modulátoru je jeho modulační rychlost neboli šířka pásma, která by měla být minimálně tak rychlá jako dostupná elektronika. Tranzistory s přenosovými frekvencemi výrazně vyššími než 100 GHz již byly demonstrovány v 90 nm křemíkové technologii a rychlost se bude dále zvyšovat, jak se sníží minimální velikost prvku [1]. Šířka pásma současných modulátorů na bázi křemíku je však omezená. Křemík nemá χ(2)-nelinearitu díky své centro-symetrické krystalické struktuře. Použití deformovaného křemíku již vedlo k zajímavým výsledkům [2], ale nelinearity zatím neumožňují praktická zařízení. Nejmodernější křemíkové fotonické modulátory proto stále spoléhají na disperzi volných nosných v pn nebo pinových spojích [3–5]. Ukázalo se, že dopředné předpjaté spoje vykazují součin délky napětí tak nízký jako VπL = 0,36 V mm, ale rychlost modulace je omezena dynamikou menšinových nosičů. Přesto byly generovány datové rychlosti 10 Gbit/s s pomocí předběžného důrazu na elektrický signál [4]. Použitím reverzně vychýlených spojů místo toho byla šířka pásma zvýšena na přibližně 30 GHz [5,6], ale součin délky napětí vzrostl na VπL = 40 V mm. Naneštěstí takové fázové modulátory plazmového efektu také produkují nežádoucí modulaci intenzity [7] a reagují nelineárně na aplikované napětí. Pokročilé modulační formáty, jako je QAM, však vyžadují lineární odezvu a čistou fázovou modulaci, takže využití elektro-optického efektu (Pockelsův efekt [8]) je zvláště žádoucí.
2. SOH přístup
Nedávno byl navržen přístup křemík-organický hybrid (SOH) [9–12]. Příklad SOH modulátoru je znázorněn na obr. 1(a). Skládá se ze štěrbinového vlnovodu, který vede optické pole, a dvou silikonových pásků, které elektricky spojují optický vlnovod s kovovými elektrodami. Elektrody jsou umístěny mimo optické modální pole, aby nedocházelo k optickým ztrátám [13], obr. 1(b). Zařízení je potaženo elektrooptickým organickým materiálem, který rovnoměrně vyplňuje štěrbinu. Modulační napětí je přenášeno kovovým elektrickým vlnovodem a klesá přes štěrbinu díky vodivým silikonovým páskům. Výsledné elektrické pole pak mění index lomu ve štěrbině prostřednictvím ultrarychlého elektrooptického efektu. Protože štěrbina má šířku v řádu 100 nm, stačí několik voltů k vytvoření velmi silných modulačních polí, která jsou v řádu velikosti dielektrické pevnosti většiny materiálů. Struktura má vysokou modulační účinnost, protože jak modulační, tak optická pole jsou soustředěna uvnitř slotu, obr. 1(b) [14]. Již byly ukázány první implementace SOH modulátorů se subvoltovým provozem [11] a byla demonstrována sinusová modulace až do 40 GHz [15,16]. Výzvou při budování nízkonapěťových vysokorychlostních modulátorů SOH je však vytvoření vysoce vodivého spojovacího pásu. 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]. Pro snížení odporu R bylo navrženo dopovat silikonové proužky [10,14]. Zatímco doping zvyšuje vodivost křemíkových proužků (a tedy zvyšuje optické ztráty), platí se další ztráta, protože mobilita elektronů je narušena rozptylem nečistot [10,14,19]. Navíc nejnovější výrobní pokusy ukázaly neočekávaně nízkou vodivost.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. se sídlem v čínském „Silicon Valley“ – Beijing Zhongguancun, je high-tech podnik, který slouží domácím a zahraničním výzkumným institucím, výzkumným ústavům, univerzitám a pracovníkům podnikového vědeckého výzkumu. Naše společnost se zabývá především nezávislým výzkumem a vývojem, návrhem, výrobou, 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 jsou široce používány v komunálních, vojenských, dopravních, elektrických, finančních, vzdělávacích, lékařských a dalších průmyslových odvětvích.
Těšíme se na spolupráci s Vámi!
Čas odeslání: 29. března 2023