Високопроизводителен електрооптичен модулатор:тънкослоен литиево-ниобатен модулатор
Електрооптичен модулатор (EOM модулатор) е модулатор, създаден с помощта на електрооптичния ефект на определени електрооптични кристали, който може да преобразува високоскоростни електронни сигнали в комуникационни устройства в оптични сигнали. Когато електрооптичният кристал е подложен на приложено електрическо поле, коефициентът на пречупване на електрооптичния кристал ще се промени и характеристиките на оптичните вълни на кристала също ще се променят съответно, така че да се осъществи модулация на амплитудата, фазата и поляризационното състояние на оптичния сигнал и да се преобразува високоскоростният електронен сигнал в комуникационното устройство в оптичен сигнал чрез модулация.
В момента има три основни видаелектрооптични модулаторина пазара: силициеви модулатори, индиево-фосфидни модулатори и тънкослойнилитиево-ниобатен модулаторСред тях, силицийът няма директен електрооптичен коефициент, производителността е по-обща, подходящ само за производство на модулатор на предавателни модули за предаване на данни на къси разстояния, докато индиевият фосфид е подходящ за средно-дълги разстояния за оптични комуникационни мрежи, но изискванията за интеграционен процес са изключително високи, цената е сравнително висока и приложението е обект на определени ограничения. За разлика от това, кристалът литиев ниобат е не само богат на фотоелектричен ефект, но и фоторефрактивният ефект, нелинейният ефект, електрооптичният ефект, акустичният оптичен ефект, пиезоелектричният ефект и термоелектричният ефект са равни на единица. Благодарение на решетъчната си структура и богатата си дефектна структура, много свойства на литиевия ниобат могат да бъдат силно регулирани чрез кристалния състав, елементарното легиране, контрола на валентното състояние и др. Той постига превъзходни фотоелектрични характеристики, като например електрооптичния коефициент до 30,9 pm/V, значително по-висок от този на индиевия фосфид, и има малък ефект на чуруликане (ефект на чуруликане: отнася се до явлението, при което честотата в импулса се променя с времето по време на процеса на предаване на лазерния импулс. По-големият ефект на чуруликане води до по-ниско съотношение сигнал/шум и нелинеен ефект), добро съотношение на екстинкция (средното съотношение на мощността на „включено“ състояние на сигнала към неговото „изключено“ състояние) и превъзходна стабилност на устройството. Освен това, механизмът на работа на тънкослойния литиево-ниобатен модулатор е различен от този на силициевия модулатор и индиевия фосфиден модулатор, използващи методи на нелинейна модулация. При тях електрически модулираният сигнал се зарежда чрез линеен електрооптичен ефект върху оптичния носител, а скоростта на модулация се определя главно от производителността на микровълновия електрод. Така може да се постигне по-висока скорост и линейност на модулация, както и по-ниска консумация на енергия. Въз основа на гореизложеното, литиевият ниобат се е превърнал в идеален избор за създаване на високопроизводителни електрооптични модулатори. Той има широк спектър от приложения в 100G/400G кохерентни оптични комуникационни мрежи и ултрависокоскоростни центрове за данни, като може да постигне дълги разстояния на предаване от над 100 километра.
Литиевият ниобат като революционен материал на „фотонната революция“, макар и в сравнение със силиция и индиевия фосфид, има много предимства, но често се появява под формата на насипен материал в устройството. Светлината е ограничена до равнинния вълновод, образуван чрез йонна дифузия или протонен обмен. Разликата в коефициента на пречупване обикновено е сравнително малка (около 0,02), а размерът на устройството е сравнително голям. Трудно е да се отговори на нуждите от миниатюризация и интеграция.оптични устройства, а производствената му линия все още е различна от действителната технологична линия за микроелектроника и съществува проблем с високата цена, така че образуването на тънък филм е важна насока за развитие на литиевия ниобат, използван в електрооптичните модулатори.
Време на публикуване: 24 декември 2024 г.