Hege lineariteitelektro-optyske modulatoren mikrogolffoton-tapassing
Mei de tanimmende easken fan kommunikaasjesystemen, om de oerdrachtseffisjinsje fan sinjalen fierder te ferbetterjen, sille minsken fotonen en elektroanen fusearje om komplementêre foardielen te berikken, en sil mikrogolffotonika berne wurde. De elektro-optyske modulator is nedich foar de konverzje fan elektrisiteit nei ljocht ynmikrogolf fotonyske systemen, en dizze wichtige stap bepaalt meastal de prestaasjes fan it hiele systeem. Om't de konverzje fan radiofrekwinsjesignaal nei optysk domein in analoog sinjaalproses is, en gewoaneelektro-optyske modulatorenhawwe inherente net-lineariteit, is der serieuze sinjaalferfoarming yn it konverzjeproses. Om sawat lineêre modulaasje te berikken, is it wurkpunt fan 'e modulator meastentiids fêst op it ortogonale biaspunt, mar it kin noch altyd net foldwaan oan 'e easken fan mikrogolffotonlink foar de lineariteit fan' e modulator. Elektro-optyske modulators mei hege lineariteit binne driuwend nedich.
De hege-snelheid brekingsyndeksmodulaasje fan silisiummaterialen wurdt meastentiids berikt troch it frije dragerplasma-dispersje (FCD) effekt. Sawol it FCD-effekt as de PN-junksjemodulaasje binne net-lineêr, wat de silisiummodulator minder lineêr makket as de lithium niobaatmodulator. Lithium niobaatmaterialen litte poerbêsteelektro-optyske modulaasjeeigenskippen fanwegen har Pucker-effekt. Tagelyk hat lithium niobaatmateriaal de foardielen fan grutte bânbreedte, goede modulaasjekarakteristiken, leech ferlies, maklike yntegraasje en kompatibiliteit mei healgeleiderprosessen, it gebrûk fan tinne-film lithium niobaat om hege prestaasjes elektro-optyske modulator te meitsjen, yn ferliking mei silisium hast gjin "koarte plaat", mar ek om hege lineariteit te berikken. Tinne-film lithium niobaat (LNOI) elektro-optyske modulator op isolator is in belofte ûntwikkelingsrjochting wurden. Mei de ûntwikkeling fan tinne-film lithium niobaat materiaal tariedingstechnology en waveguide etstechnology, is de hege konverzje-effisjinsje en hegere yntegraasje fan tinne-film lithium niobaat elektro-optyske modulator it fjild wurden fan ynternasjonale akademy en yndustry.
Eigenskippen fan tinne film lithium niobaat
Yn 'e Feriene Steaten hat DAP AR-planning de folgjende evaluaasje makke fan lithium niobaatmaterialen: as it sintrum fan 'e elektroanyske revolúsje neamd wurdt nei it silisiummateriaal dat it mooglik makket, dan sil it berteplak fan 'e fotonika-revolúsje wierskynlik neamd wurde nei lithium niobaat. Dit komt om't lithium niobaat elektro-optysk effekt, akoestysk-optysk effekt, piëzoelektrysk effekt, thermoelektrysk effekt en fotorefraktiv effekt yn ien yntegreart, krekt lykas silisiummaterialen op it mêd fan optyk.
Wat optyske transmissie-eigenskippen oanbelanget, hat InP-materiaal it grutste transmissieferlies op 'e chip fanwegen de opname fan ljocht yn 'e gewoan brûkte 1550nm-band. SiO2 en silisiumnitride hawwe de bêste transmissie-eigenskippen, en it ferlies kin it nivo fan ~ 0.01dB/cm berikke; Op it stuit kin it ferlies fan 'e tinne-film lithium niobaat-golflieder it nivo fan 0.03dB/cm berikke, en it ferlies fan 'e tinne-film lithium niobaat-golflieder hat de potinsje om fierder te ferminderjen mei de trochgeande ferbettering fan it technologyske nivo yn 'e takomst. Dêrom sil it tinne-film lithium niobaatmateriaal goede prestaasjes sjen litte foar passive ljochtstrukturen lykas fotosyntetyske paden, shunts en mikroringen.
Wat ljochtgeneraasje oanbelanget, hat allinich InP it fermogen om ljocht direkt út te stjoeren; Dêrom is it foar de tapassing fan mikrogolffotonen needsaaklik om de InP-basearre ljochtboarne yn te fieren op 'e LNOI-basearre fotonyske yntegreare chip troch middel fan backloading-lassen of epitaksiale groei. Wat ljochtmodulaasje oanbelanget, is hjirboppe beklamme dat tinne film lithium niobaatmateriaal makliker in gruttere modulaasjebânbreedte, legere healgolfspanning en leger transmissieferlies berikt as InP en Si. Boppedat is de hege lineariteit fan elektro-optyske modulaasje fan tinne film lithium niobaatmaterialen essensjeel foar alle mikrogolffoton-tapassingen.
Wat optyske routing oanbelanget, makket de hege snelheid elektro-optyske respons fan tinne film lithium niobaatmateriaal de LNOI-basearre optyske skeakel by steat ta hege snelheid optyske routing switching, en it enerzjyferbrûk fan sokke hege snelheid switching is ek tige leech. Foar de typyske tapassing fan yntegreare mikrogolffotontechnology hat de optysk kontroleare beamforming-chip de mooglikheid fan hege snelheid switching om te foldwaan oan 'e behoeften fan rappe beamscanning, en de skaaimerken fan ultra-leech enerzjyferbrûk binne goed oanpast oan 'e strange easken fan grutskalige phased array systemen. Hoewol de InP-basearre optyske skeakel ek hege snelheid optyske paad switching kin realisearje, sil it grutte rûs yntrodusearje, foaral as de multilevel optyske skeakel kaskadearre is, sil de rûskoëffisjint serieus ferslechtere wurde. Silisium-, SiO2- en silisiumnitridematerialen kinne allinich optyske paden wikselje fia it thermo-optyske effekt of dragerferspriedingseffekt, wat de neidielen hat fan hege enerzjyferbrûk en trage skeakelsnelheid. As de arraygrutte fan 'e phased array grut is, kin it net foldwaan oan 'e easken fan enerzjyferbrûk.
Yn termen fan optyske fersterking, deoptyske fersterker foar healgeleiders (SOA) basearre op InP is folwoeksen wurden foar kommersjeel gebrûk, mar it hat de neidielen fan in hege rûskoëffisjint en in lege sêdingsútfierkrêft, wat net geunstich is foar de tapassing fan mikrogolffotonen. It parametryske fersterkingproses fan tinne-film lithium niobaatgolflieder basearre op periodike aktivearring en ynverzje kin lege rûs en hege krêft optyske fersterking op 'e chip berikke, wat goed foldocht oan 'e easken fan yntegreare mikrogolffotontechnology foar optyske fersterking op 'e chip.
Wat ljochtdeteksje oanbelanget, hat de tinne-film lithium niobaat goede transmissie-eigenskippen foar ljocht yn 'e 1550 nm-band. De funksje fan fotoelektryske konverzje kin net realisearre wurde, dus foar mikrogolffoton-tapassingen, om te foldwaan oan 'e behoeften fan fotoelektryske konverzje op' e chip, moatte InGaAs- of Ge-Si-deteksje-ienheden ynfierd wurde op LNOI-basearre fotonyske yntegreare chips troch backloading-lassen of epitaksiale groei. Wat koppeling mei optyske glêstried oanbelanget, om't de optyske glêstried sels SiO2-materiaal is, hat it modusfjild fan 'e SiO2-golflieder de heechste oerienkomstgraad mei it modusfjild fan optyske glêstried, en de koppeling is it handichst. De modusfjilddiameter fan 'e sterk beheinde golflieder fan tinne-film lithium niobaat is sawat 1μm, wat frij oars is as it modusfjild fan optyske glêstried, dus moat de juste modusplaktransformaasje útfierd wurde om oerien te kommen mei it modusfjild fan optyske glêstried.
Wat yntegraasje oanbelanget, hinget oft ferskate materialen in hege yntegraasjepotinsjeel hawwe benammen ôf fan 'e bûgingsradius fan' e golflieder (beynfloede troch de beheining fan it golfliedermodusfjild). De sterk beheinde golflieder makket in lytsere bûgingsradius mooglik, wat mear geunstich is foar it realisearjen fan hege yntegraasje. Dêrom hawwe tinne-film lithium niobaat-golflieders it potinsjeel om hege yntegraasje te berikken. Dêrom makket it uterlik fan tinne-film lithium niobaat it mooglik foar lithium niobaatmateriaal om echt de rol fan optysk "silisium" te spyljen. Foar de tapassing fan mikrogolffotonen binne de foardielen fan tinne-film lithium niobaat dúdliker.
Pleatsingstiid: 23 april 2024