Едно от най-важните свойства на оптичния модулатор е неговата скорост на модулация или честотна лента, която трябва да бъде поне толкова бърза, колкото наличната електроника. Транзистори с честоти на преминаване доста над 100 GHz вече са демонстрирани в 90 nm силициева технология и скоростта ще се увеличи допълнително с намаляването на минималния размер на елемента [1]. Въпреки това, честотната лента на съвременните силициеви модулатори е ограничена. Силицият не притежава χ(2)-нелинейност поради центросиметричната си кристална структура. Използването на напрегнат силиций вече е довело до интересни резултати [2], но нелинейностите все още не позволяват създаването на практически устройства. Следователно, най-съвременните силициеви фотонни модулатори все още разчитат на дисперсията на свободните носители в pn или pin преходи [3–5]. Показано е, че преходите с директно отклонение показват произведение на напрежението и дължината до VπL = 0,36 V mm, но скоростта на модулация е ограничена от динамиката на неосновните носители. Въпреки това, скорости на предаване на данни от 10 Gbit/s са генерирани с помощта на предварително акцентиране на електрическия сигнал [4]. Използвайки обратно преднапрегнати преходи, честотната лента е увеличена до около 30 GHz [5,6], но произведението на напрежение-дължина се е увеличило до VπL = 40 V mm. За съжаление, такива фазови модулатори с плазмен ефект също произвеждат нежелана модулация на интензитета [7] и реагират нелинейно на приложеното напрежение. Усъвършенстваните модулационни формати като QAM обаче изискват линеен отклик и чиста фазова модулация, което прави използването на електрооптичния ефект (ефект на Покелс [8]) особено желателно.
2. Подход SOH
Наскоро беше предложен силициево-органичният хибриден (SOH) подход [9–12]. Пример за SOH модулатор е показан на Фиг. 1(a). Той се състои от слот вълновод, насочващ оптичното поле, и две силициеви ленти, които електрически свързват оптичния вълновод с металните електроди. Електродите са разположени извън оптичното модално поле, за да се избегнат оптични загуби [13], Фиг. 1(b). Устройството е покрито с електрооптичен органичен материал, който равномерно запълва слота. Модулиращото напрежение се пренася от металния електрически вълновод и спада през слота благодарение на проводимите силициеви ленти. Полученото електрическо поле след това променя индекса на пречупване в слота чрез ултрабърз електрооптичен ефект. Тъй като слотът има ширина от порядъка на 100 nm, няколко волта са достатъчни, за да генерират много силни модулиращи полета, които са от порядъка на диелектричната якост на повечето материали. Структурата има висока ефективност на модулация, тъй като както модулиращото, така и оптичното поле са концентрирани вътре в слота, Фиг. 1(b) [14]. Всъщност, първите реализации на SOH модулатори с работа под волта [11] вече са показани, а синусоидална модулация до 40 GHz е демонстрирана [15,16]. Предизвикателството при изграждането на нисковолтови високоскоростни SOH модулатори обаче е създаването на силно проводима свързваща лента. В еквивалентна схема слотът може да бъде представен от кондензатор C, а проводимите ленти - от резистори R, Фиг. 1(b). Съответната времева константа на RC определя честотната лента на устройството [10,14,17,18]. За да се намали съпротивлението R, е предложено силициевите ленти да се легират [10,14]. Докато легирането увеличава проводимостта на силициевите ленти (и следователно увеличава оптичните загуби), се плаща допълнително наказание за загуби, тъй като мобилността на електроните е нарушена от разсейване на примеси [10,14,19]. Освен това, най-скорошните опити за производство показаха неочаквано ниска проводимост.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., разположена в китайската „Силициева долина“ – Пекин Джунгуанцун, е високотехнологично предприятие, посветено на обслужването на местни и чуждестранни изследователски институции, институти, университети и корпоративни научни изследователи. Нашата компания се занимава основно с независими изследвания и разработки, проектиране, производство и продажби на оптоелектронни продукти и предоставя иновативни решения и професионални, персонализирани услуги за научни изследователи и индустриални инженери. След години на независими иновации, тя е създала богата и перфектна серия от фотоелектрически продукти, които се използват широко в общинската, военната, транспортната, електроенергийната, финансовата, образователната, медицинската и други индустрии.
Очакваме с нетърпение сътрудничество с вас!
Време на публикуване: 29 март 2023 г.