Tinne film lithium niobate materiaal en tinne film lithium niobate modulator

Foardielen en betsjutting fan tinne film lithium niobate yn yntegrearre magnetron photon technology

Microwave photon technologyhat de foardielen fan grutte wurkbânbreedte, sterke parallelle ferwurkingsfermogen en lege oerdrachtferlies, dy't it potinsjeel hat om de technyske knelpunt fan tradisjonele mikrogolfsysteem te brekken en de prestaasjes fan militêre elektroanyske ynformaasjeapparatuer te ferbetterjen lykas radar, elektroanyske oarlochsfiering, kommunikaasje en mjitting en Kontrolearje.It mikrogolffotonsysteem basearre op diskrete apparaten hat lykwols wat problemen lykas grut folume, swier gewicht en minne stabiliteit, dy't de tapassing fan mikrogolffotontechnology yn romte- en loftplatfoarms serieus beheine.Dêrom wurdt yntegreare mikrogolffotontechnology in wichtige stipe om de tapassing fan mikrogolffoton te brekken yn militêr elektroanysk ynformaasjesysteem en folslein spielje te jaan oan de foardielen fan mikrogolffotontechnology.

Op it stuit binne SI-basearre fotonyske yntegraasjetechnology en INP-basearre fotonyske yntegraasjetechnology mear en mear folwoeksen wurden nei jierren fan ûntwikkeling op it mêd fan optyske kommunikaasje, en in protte produkten binne yn 'e merk set.Foar de tapassing fan mikrogolffoton binne d'r lykwols wat problemen yn dizze twa soarten fotonyntegraasjetechnologyen: bygelyks de net-lineêre elektro-optyske koeffizient fan Si-modulator en InP-modulator is yn striid mei de hege lineariteit en grutte dynamyske skaaimerken dy't troch mikrogolf neistribbe wurde. photon technology;Bygelyks, de silisium optyske switch dy't realisearret optyske paad switching, oft basearre op termysk-optyske effekt, piëzo-elektryske effekt, of carrier ynjeksje dispersion effekt, hat de problemen fan stadige switching snelheid, macht konsumpsje en waarmte konsumpsje, dat kin net foldwaan oan de flugge beam skennen en grutte array skaal mikrogolf foton applikaasjes.

Lithium niobate hat altyd west de earste kar foar hege snelheidelektro-optyske modulaasjematerialen fanwege syn treflike lineêre elektro-optyske effekt.Lykwols, de tradisjonele lithium niobateelektro-optyske modulatorwurdt makke fan massive lithium niobate crystal materiaal, en it apparaat grutte is hiel grut, dat kin net foldwaan oan de behoeften fan yntegrearre magnetron photon technology.Hoe lithium niobate materialen te yntegrearjen mei lineêre elektro-optyske koeffizient yn it yntegreare mikrogolffotontechnologysysteem is it doel wurden fan relevante ûndersikers.Yn 2018 rapportearre in ûndersyksteam fan 'e Harvard University yn' e Feriene Steaten foar it earst de fotonyske yntegraasjetechnology basearre op tinne film lithium niobate yn 'e natuer, om't de technology de foardielen hat fan hege yntegraasje, grutte elektro-optyske modulaasjebânbreedte, en hege lineariteit fan elektro. -optysk effekt, ienris lansearre, feroarsake it fuortendaliks de akademyske en yndustriële oandacht op it mêd fan fotonyske yntegraasje en mikrogolffotonika.Fanút it perspektyf fan mikrogolffotonapplikaasje beoardielet dit papier de ynfloed en betsjutting fan fotonyntegraasjetechnology basearre op tinne film lithium niobate op 'e ûntwikkeling fan mikrogolffotontechnology.

Tinne film lithium niobate materiaal en tinne filmlithium niobate modulator
Yn 'e ôfrûne twa jier is in nij soarte fan lithium niobate materiaal ûntstien, dat is, de lithium niobate film wurdt exfoliated út de massale lithium niobate kristal troch de metoade fan "ion slicing" en bûn oan de Si wafer mei in silica buffer laach oan foarmje LNOI (LiNbO3-On-Insulator) materiaal [5], dat wurdt neamd tinne film lithium niobate materiaal yn dit papier.Ridge waveguides mei in hichte fan mear as 100 nanometer kinne wurde etste op tinne film lithium niobate materialen troch optimalisearre droech ets proses, en de effektive brekingsyndeks ferskil fan de waveguides foarme kin berikke mear as 0,8 (fier heger as de brekingsyndeks ferskil fan tradisjoneel lithium niobate waveguides fan 0,02), lykas werjûn yn figuer 1. De sterk beheind waveguide makket it makliker om te passen it ljocht fjild mei de magnetron fjild by it ûntwerpen fan de modulator.Sa is it foardielich om legere healwellespanning en gruttere modulaasjebânbreedte te berikken yn in koartere lingte.

It uterlik fan lithium niobate submicron waveguide mei leech ferlies brekt de knelpunt fan hege driuwende spanning fan tradisjonele lithium niobate elektro-optyske modulator.De elektrodesafstand kin wurde fermindere nei ~ 5 μm, en de oerlaap tusken it elektryske fjild en it optyske modusfjild wurdt sterk ferhege, en de vπ ·L nimt ôf fan mear as 20 V·cm nei minder dan 2,8 V·cm.Dêrom, ûnder deselde heal-wave spanning, de lingte fan it apparaat kin gâns fermindere yn ferliking mei de tradisjonele modulator.Tagelyk, nei it optimalisearjen fan de parameters fan 'e breedte, dikte en ynterval fan' e reizgjende golfelektrode, lykas werjûn yn 'e figuer, kin de modulator it fermogen hawwe fan ultra-hege modulaasjebânbreedte grutter as 100 GHz.

Fig.

Fig. 2 (a) Waveguide en elektrodesstruktuer en (b) coreplate fan LN-modulator

De fergeliking fan tinne film lithium niobate modulators mei tradisjonele lithium niobate kommersjele modulators, silisium-basearre modulators en indium phosphide (InP) modulators en oare besteande hege-snelheid elektro-optyske modulators, de wichtichste parameters fan 'e ferliking omfetsje:
(1) Half-wave volt-lingte produkt (vπ · L, V · cm), mjitten de modulaasje effisjinsje fan de modulator, de lytser de wearde, de hegere de modulaasje effisjinsje;
(2) 3 dB modulaasje bânbreedte (GHz), dy't mjit it antwurd fan 'e modulator op hege-frekwinsje modulaasje;
(3) Optysk ynfoegje ferlies (dB) yn de modulaasje regio.It kin sjoen wurde út de tabel dat tinne film lithium niobate modulator hat fanselssprekkend foardielen yn modulaasje bânbreedte, heal-wave spanning, optyske ynterpolaasje ferlies ensafuorthinne.

Silisium, as de hoekstien fan yntegreare opto-elektroanika, is oant no ta ûntwikkele, it proses is folwoeksen, syn miniaturisaasje is befoarderlik foar de grutskalige yntegraasje fan aktive / passive apparaten, en syn modulator is breed en djip studearre op it mêd fan optysk kommunikaasje.It elektro-optyske modulaasjemeganisme fan silisium is benammen drager-depling, dragerynjeksje en dragerakkumulaasje.Under harren is de bânbreedte fan 'e modulator optimaal mei de lineêre graad drager útputting meganisme, mar om't de optyske fjild distribúsje oerlapet mei de net-uniformiteit fan de útputting regio, dit effekt sil yntrodusearje net-lineêre twadde-order ferfoarming en tredde-order intermodulation ferfoarming termen, keppele oan de absorption effekt fan de drager op it ljocht, dat sil liede ta de reduksje fan de optyske modulaasje amplitude en sinjaal ferfoarming.

De InP-modulator hat treflike elektro-optyske effekten, en de multi-layer quantum well struktuer kin realisearje ultra-hege taryf en lege driuwende spanning modulators mei Vπ · L oant 0.156V · mm.De fariaasje fan brekingsyndeks mei elektrysk fjild omfettet lykwols lineêre en netlineêre termen, en de tanimming fan elektryske fjildintensiteit sil it twadde-order-effekt prominint meitsje.Dêrom moatte silisium- en InP-elektro-optyske modulators bias tapasse om pn-knooppunt te foarmjen as se wurkje, en pn-knooppunt sil absorptionferlies oan it ljocht bringe.De modulatorgrutte fan dizze twa is lykwols lyts, de kommersjele InP-modulatorgrutte is 1/4 fan 'e LN-modulator.Hege modulaasje-effisjinsje, geskikt foar hege tichtheid en koarte ôfstân digitale optyske oerdrachtnetwurken lykas datasintra.De elektro-optyske effekt fan lithium niobate hat gjin ljocht absorption meganisme en lege ferlies, dat is geskikt foar lange ôfstân gearhingjendoptyske kommunikaasjemei grutte kapasiteit en hege taryf.Yn 'e mikrogolffotonapplikaasje binne de elektro-optyske koeffizienten fan Si en InP net-lineêr, wat net geskikt is foar it mikrogolffotonsysteem dat hege lineariteit en grutte dynamyk stribbet.It lithium niobate materiaal is tige geskikt foar magnetron foton tapassing fanwege syn folslein lineêre elektro-optyske modulaasje koëffisjint.