Висока линейностелектрооптичен модулатори приложение на микровълнови фотони
С нарастващите изисквания на комуникационните системи, за да подобрят допълнително ефективността на предаване на сигнали, хората ще сливат фотони и електрони, за да постигнат допълнителни предимства, и ще се роди микровълновата фотоника. Електрооптичният модулатор е необходим за преобразуване на електричеството в светлина...микровълнови фотонни системи, и тази ключова стъпка обикновено определя производителността на цялата система. Тъй като преобразуването на радиочестотния сигнал в оптичен домейн е аналогов сигнален процес и обикновенитеелектрооптични модулаториимат присъща нелинейност, има сериозно изкривяване на сигнала в процеса на преобразуване. За да се постигне приблизителна линейна модулация, работната точка на модулатора обикновено е фиксирана в точката на ортогонално отклонение, но това все още не може да отговори на изискванията на микровълновата фотонна връзка за линейност на модулатора. Спешно са необходими електрооптични модулатори с висока линейност.
Високоскоростната модулация на коефициента на пречупване на силициевите материали обикновено се постига чрез ефекта на дисперсия на плазмата на свободните носители (FCD). Както FCD ефектът, така и модулацията на PN прехода са нелинейни, което прави силициевия модулатор по-малко линеен от литиево-ниобатния модулатор. Литиево-ниобатните материали показват отлични...електрооптична модулациясвойства поради ефекта на Пъркър. В същото време, материалът литиев ниобат има предимствата на голяма честотна лента, добри модулационни характеристики, ниски загуби, лесна интеграция и съвместимост с полупроводникови процеси. Използването на тънкослоен литиев ниобат за създаване на високоефективен електрооптичен модулатор, в сравнение със силиция, почти без „къса пластина“, но също така постига висока линейност. Тънкослойният литиево-ниобатен (LNOI) електрооптичен модулатор върху изолатор се превърна в обещаващо направление за развитие. С развитието на технологията за подготовка на тънкослойни литиево-ниобатни материали и технологията за ецване на вълноводи, високата ефективност на преобразуване и по-високата интеграция на тънкослойния литиево-ниобатен електрооптичен модулатор се превърнаха в област на интерес на международната академична общност и индустрията.
Характеристики на тънкослоен литиев ниобат
В Съединените щати, DAP AR планирането е направило следната оценка на литиево-ниобатните материали: ако центърът на електронната революция е кръстен на силициевия материал, който я прави възможна, тогава родното място на фотонната революция вероятно ще бъде кръстено на литиев ниобат. Това е така, защото литиевият ниобат съчетава електрооптичен ефект, акустооптичен ефект, пиезоелектричен ефект, термоелектричен ефект и фоторефрактивен ефект в едно, точно както силициевите материали в областта на оптиката.
По отношение на характеристиките на оптично предаване, InP материалът има най-големите загуби на предаване върху чипа поради абсорбцията на светлина в често използваната лента 1550 nm. SiO2 и силициевият нитрид имат най-добри характеристики на предаване, като загубата може да достигне ниво от ~ 0.01dB/cm; В момента загубата във вълновода на тънкослойния литиево-ниобатен вълновод може да достигне ниво от 0.03dB/cm, а загубата във тънкослойния литиево-ниобатен вълновод има потенциал да бъде допълнително намалена с непрекъснатото подобряване на технологичното ниво в бъдеще. Следователно, тънкослойният литиево-ниобатен материал ще покаже добри резултати за пасивни светлинни структури като фотосинтетични пътища, шънтове и микропръстени.
По отношение на генерирането на светлина, само InP има способността да излъчва светлина директно; Следователно, за прилагането на микровълнови фотони е необходимо да се въведе светлинен източник на базата на InP върху фотонния интегриран чип, базиран на LNOI, чрез заваряване с обратно натоварване или епитаксиален растеж. По отношение на модулацията на светлината, по-горе беше подчертано, че тънкослойният литиево-ниобатен материал е по-лесен за постигане на по-голяма модулационна честотна лента, по-ниско полувълново напрежение и по-ниски загуби при предаване в сравнение с InP и Si. Освен това, високата линейност на електрооптичната модулация на тънкослойните литиево-ниобатни материали е от съществено значение за всички приложения на микровълнови фотони.
По отношение на оптичното маршрутизиране, високоскоростният електрооптичен отклик на тънкослойния литиево-ниобатен материал прави оптичния превключвател, базиран на LNOI, способен на високоскоростно оптично маршрутизирано превключване, а консумацията на енергия при такова високоскоростно превключване също е много ниска. За типичното приложение на интегрираната микровълнова фотонна технология, оптично контролираният чип за формиране на лъча има способността за високоскоростно превключване, за да отговори на нуждите за бързо сканиране на лъча, а характеристиките на ултраниска консумация на енергия са добре адаптирани към строгите изисквания на широкомащабни фазирани антенни системи. Въпреки че оптичният превключвател, базиран на InP, може да реализира и високоскоростно оптично превключване на пътя, той ще внесе голям шум, особено когато многостепенният оптичен превключвател е каскаден, като коефициентът на шум ще се влоши сериозно. Силициевите, SiO2 и силициево-нитридните материали могат да превключват оптичните пътища само чрез термооптичен ефект или ефект на дисперсия на носещите, което има недостатъци като висока консумация на енергия и бавна скорост на превключване. Когато размерът на фазираната антенна решетка е голям, тя не може да отговори на изискванията за консумация на енергия.
По отношение на оптичното усилване,полупроводников оптичен усилвател (SOA (Система на архитектурно-ориентирана архитектура)) базиран на InP е зрял за търговска употреба, но има недостатъците на висок коефициент на шум и ниска изходна мощност на насищане, което не е благоприятно за приложението на микровълнови фотони. Процесът на параметрично усилване на тънкослоен литиево-ниобатен вълновод, базиран на периодично активиране и инверсия, може да постигне ниско ниво на шум и високомощно оптично усилване на чипа, което може да отговори на изискванията на интегрираната микровълнова фотонна технология за оптично усилване на чипа.
По отношение на детектирането на светлина, тънкослойният литиев ниобат има добри характеристики на пропускане на светлина в диапазона 1550 nm. Функцията за фотоелектрическо преобразуване не може да бъде реализирана, така че за приложения с микровълнови фотони, за да се отговори на нуждите на фотоелектрическото преобразуване в чипа, е необходимо да се въведат InGaAs или Ge-Si детекторни устройства върху фотонни интегрирани чипове, базирани на LNOI, чрез заваряване със задно натоварване или епитаксиален растеж. По отношение на свързването с оптично влакно, тъй като самото оптично влакно е SiO2 материал, модовото поле на SiO2 вълновода има най-висока степен на съвпадение с модовото поле на оптичното влакно и свързването е най-удобно. Диаметърът на модовото поле на силно ограничения вълновод от тънкослойния литиев ниобат е около 1 μm, което е доста различно от модовото поле на оптичното влакно, така че трябва да се извърши правилно преобразуване на модовото петно, за да се съобрази с модовото поле на оптичното влакно.
По отношение на интеграцията, дали различните материали имат висок интеграционен потенциал зависи главно от радиуса на огъване на вълновода (повлиян от ограничението на полето на вълновода). Силно ограниченият вълновод позволява по-малък радиус на огъване, което е по-благоприятно за постигане на висока интеграция. Следователно, тънкослойните литиево-ниобатни вълноводи имат потенциал да постигнат висока интеграция. Следователно, появата на тънкослоен литиево-ниобатен материал позволява на литиево-ниобатния материал наистина да играе ролята на оптичен „силиций“. При прилагането на микровълнови фотони, предимствата на тънкослойния литиево-ниобатен материал са по-очевидни.
Време на публикуване: 23 април 2024 г.