Vysoká linearitaelektrooptický modulátora mikrovlnné fotonové aplikace
S rostoucími požadavky na komunikační systémy, aby se dále zlepšila účinnost přenosu signálů, lidé spojí fotony a elektrony, aby dosáhli komplementárních výhod, a zrodí se mikrovlnná fotonika.Elektrooptický modulátor je potřebný pro přeměnu elektřiny na světlomikrovlnné fotonické systémya tento klíčový krok obvykle určuje výkon celého systému.Protože přeměna vysokofrekvenčního signálu na optickou doménu je procesem analogového signálu a je běžnýelektrooptické modulátorymají inherentní nelinearitu, dochází k vážnému zkreslení signálu v procesu konverze.Aby se dosáhlo přibližné lineární modulace, je pracovní bod modulátoru obvykle fixován na ortogonálním předpětí, ale stále nemůže splňovat požadavky mikrovlnného fotonového spoje na linearitu modulátoru.Elektrooptické modulátory s vysokou linearitou jsou naléhavě potřebné.
Vysokorychlostní modulace indexu lomu křemíkových materiálů je obvykle dosažena efektem disperze volné nosné plazmy (FCD).Jak efekt FCD, tak modulace PN přechodu jsou nelineární, díky čemuž je křemíkový modulátor méně lineární než modulátor lithium-niobátový.Lithiumniobátové materiály vykazují vynikající vlastnostielektro-optická modulacevlastnosti díky jejich Pucker efektu.Současně má lithium niobátový materiál výhody velké šířky pásma, dobrých modulačních charakteristik, nízkých ztrát, snadné integrace a kompatibility s polovodičovým procesem, použití tenkovrstvého lithium niobátu k výrobě vysoce výkonného elektrooptického modulátoru ve srovnání s křemíkem. téměř žádné „zkratky“, ale také k dosažení vysoké linearity.Slibným vývojovým směrem se stal tenkovrstvý lithium niobátový (LNOI) elektrooptický modulátor na izolátoru.S rozvojem technologie přípravy tenkovrstvého lithium niobátu a technologie vlnovodného leptání se vysoká účinnost konverze a vyšší integrace elektrooptického modulátoru tenkovrstvého lithium niobátu stala oblastí mezinárodní akademické sféry a průmyslu.
Charakteristika tenkovrstvého niobátu lithného
Plánování DAP AR ve Spojených státech provedlo následující hodnocení materiálů niobátu lithia: pokud je centrum elektronické revoluce pojmenováno po křemíkovém materiálu, který to umožňuje, pak místo zrodu fotonické revoluce bude pravděpodobně pojmenováno po niobátu lithia. .Niobát lithný totiž integruje elektrooptický efekt, akustickooptický efekt, piezoelektrický efekt, termoelektrický efekt a fotorefrakční efekt v jednom, stejně jako křemíkové materiály v oblasti optiky.
Z hlediska optických přenosových charakteristik má InP materiál největší přenosovou ztrátu na čipu v důsledku absorpce světla v běžně používaném 1550nm pásmu.SiO2 a nitrid křemíku mají nejlepší přenosové vlastnosti a ztráta může dosáhnout úrovně ~ 0,01 dB/cm;V současné době může ztráta tenkovrstvého lithium niobátového vlnovodu dosáhnout úrovně 0,03 dB/cm a ztráta tenkovrstvého lithium niobátového vlnovodu má potenciál být dále snižována neustálým zlepšováním technologické úrovně v budoucnost.Proto tenkovrstvý lithium niobátový materiál bude vykazovat dobrý výkon pro pasivní světelné struktury, jako je fotosyntetická dráha, bočník a mikrokruh.
Pokud jde o generování světla, pouze InP má schopnost vyzařovat světlo přímo;Proto je pro aplikaci mikrovlnných fotonů nutné zavést světelný zdroj na bázi InP na fotonický integrovaný čip na bázi LNOI způsobem backloadingového svařování nebo epitaxního růstu.Pokud jde o modulaci světla, výše bylo zdůrazněno, že tenkovrstvý lithiový niobátový materiál je snazší dosáhnout větší šířky modulačního pásma, nižšího půlvlnného napětí a nižší přenosové ztráty než InP a Si.Navíc vysoká linearita elektrooptické modulace tenkovrstvých lithiových niobátových materiálů je nezbytná pro všechny mikrovlnné fotonové aplikace.
Pokud jde o optické směrování, vysokorychlostní elektrooptická odezva tenkovrstvého materiálu z niobátu lithného činí optický přepínač založený na LNOI schopným vysokorychlostního přepínání optického směrování a spotřeba energie takového vysokorychlostního přepínání je také velmi nízká.Pro typickou aplikaci integrované mikrovlnné fotonové technologie má opticky řízený paprsek formující čip schopnost vysokorychlostního přepínání, aby vyhovoval potřebám skenování rychlým paprskem, a vlastnosti ultra nízké spotřeby energie jsou dobře přizpůsobeny přísným požadavkům velkých -škálový fázový systém.Ačkoli optický přepínač založený na InP může také realizovat vysokorychlostní přepínání optických cest, bude zavádět velký šum, zvláště když je víceúrovňový optický přepínač kaskádován, koeficient šumu se vážně zhorší.Materiály křemíku, SiO2 a nitridu křemíku mohou přepínat optické cesty pouze pomocí termo-optického efektu nebo efektu disperze nosiče, což má nevýhody ve vysoké spotřebě energie a pomalé rychlosti přepínání.Když je velikost pole sfázovaného pole velká, nemůže splňovat požadavky na spotřebu energie.
Pokud jde o optické zesílení,polovodičový optický zesilovač (SOA) založený na InP byl vyzrálý pro komerční použití, ale má nevýhody vysokého koeficientu šumu a nízkého saturačního výstupního výkonu, což není příznivé pro aplikaci mikrovlnných fotonů.Proces parametrického zesílení tenkovrstvého lithium niobátového vlnovodu založený na periodické aktivaci a inverzi může dosáhnout nízkého šumu a vysokého výkonu optického zesílení na čipu, což může dobře splňovat požadavky integrované mikrovlnné fotonové technologie pro optické zesílení na čipu.
Z hlediska detekce světla má tenkovrstvý niobát lithný dobré přenosové vlastnosti pro světlo v pásmu 1550 nm.Funkci fotoelektrické konverze nelze realizovat, takže pro mikrovlnné fotonové aplikace, aby byly splněny potřeby fotoelektrické konverze na čipu.Detekční jednotky InGaAs nebo Ge-Si je třeba zavést na fotonické integrované čipy založené na LNOI pomocí backloadingového svařování nebo epitaxního růstu.Pokud jde o vazbu s optickým vláknem, protože samotné optické vlákno je materiál SiO2, má režimové pole vlnovodu SiO2 nejvyšší stupeň shody s vidovým polem optického vlákna a spojení je nejpohodlnější.Průměr modového pole silně omezeného vlnovodu tenkovrstvého niobátu lithného je asi 1 μm, což je zcela odlišné od modového pole optického vlákna, takže musí být provedena správná bodová transformace režimu, aby odpovídala poli režimu optického vlákna.
Z hlediska integrace závisí to, zda různé materiály mají vysoký integrační potenciál, především na poloměru ohybu vlnovodu (ovlivněného omezením pole vlnovodu).Silně omezený vlnovod umožňuje menší poloměr ohybu, což více přispívá k realizaci vysoké integrace.Proto tenkovrstvé lithium niobátové vlnovody mají potenciál dosáhnout vysoké integrace.Vzhled tenkého filmu niobátu lithného proto umožňuje materiálu niobátu lithného skutečně hrát roli optického „křemíku“.Pro aplikaci mikrovlnných fotonů jsou výhody tenkovrstvého niobátu lithného zřejmější.
Čas odeslání: 23. dubna 2024