Yuqori integratsiyalangan yupqa plyonkali lityum niobat elektro-optik modulyator

Yuqori chiziqlilikelektro-optik modulyatorva mikroto'lqinli foton ilovasi
Aloqa tizimlarining ortib borayotgan talablari bilan signallarni uzatish samaradorligini yanada oshirish uchun odamlar qo'shimcha afzalliklarga erishish uchun fotonlar va elektronlarni birlashtiradi va mikroto'lqinli fotoniklar tug'iladi. Elektro-optik modulyator elektr energiyasini yorug'likka aylantirish uchun kerakmikroto'lqinli fotonik tizimlar, va bu asosiy qadam odatda butun tizimning ishlashini aniqlaydi. Radiochastota signalini optik domenga aylantirish analog signal jarayoni va oddiy bo'lgani uchunelektro-optik modulyatorlaro'ziga xos nochiziqlikka ega, konversiya jarayonida jiddiy signal buzilishi mavjud. Taxminiy chiziqli modulyatsiyaga erishish uchun modulyatorning ish nuqtasi odatda ortogonal egilish nuqtasida o'rnatiladi, lekin u hali ham modulyatorning lineerligi uchun mikroto'lqinli foton aloqasi talablariga javob bera olmaydi. Shoshilinch ravishda yuqori chiziqli elektro-optik modulyatorlar kerak.

Silikon materiallarning yuqori tezlikdagi sinishi indeksining modulyatsiyasi odatda erkin tashuvchi plazma dispersiyasi (FCD) ta'siri bilan erishiladi. FCD effekti ham, PN birikmasi modulyatsiyasi ham chiziqli emas, bu silikon modulyatorni lityum niobat modulyatoriga qaraganda kamroq chiziqli qiladi. Lityum niobat materiallari juda yaxshi ko'rinadielektro-optik modulyatsiyaPucker effekti tufayli xossalari. Shu bilan birga, lityum niobat materiali katta tarmoqli kengligi, yaxshi modulyatsiya xususiyatlari, kam yo'qotish, oson integratsiya va yarimo'tkazgich jarayoni bilan muvofiqligi, kremniy bilan solishtirganda yuqori samarali elektro-optik modulyator qilish uchun nozik plyonkali lityum niobatdan foydalanishning afzalliklariga ega. deyarli "qisqa plastinka" yo'q, balki yuqori chiziqlilikka erishish uchun ham. Izolyatorda yupqa plyonkali lityum niobat (LNOI) elektro-optik modulyatori istiqbolli rivojlanish yo'nalishiga aylandi. Yupqa plyonkali lityum niobat materialini tayyorlash texnologiyasi va to'lqin qo'llanmasini kesish texnologiyasini ishlab chiqish bilan yupqa plyonkali lityum niobat elektro-optik modulyatorining yuqori konversiya samaradorligi va yuqori integratsiyalashuvi xalqaro akademiya va sanoat sohasiga aylandi.

Yupqa plyonkali lityum niobatning xususiyatlari
Qo'shma Shtatlarda DAP AR rejalashtirish lityum niobat materiallarini quyidagi baholashni amalga oshirdi: agar elektron inqilob markazi buni amalga oshirishga imkon beradigan kremniy materiali nomi bilan atalsa, fotonik inqilobning tug'ilgan joyi lityum niobat nomi bilan atalishi mumkin. . Buning sababi shundaki, lityum niobat elektro-optik effektni, akusto-optik effektni, piezoelektrik effektni, termoelektrik effektni va fotorefraktiv effektni xuddi optika sohasidagi silikon materiallar kabi birlashtiradi.

Optik uzatish xususiyatlariga ko'ra, InP materiali tez-tez ishlatiladigan 1550nm diapazonida yorug'likning yutilishi tufayli chipdagi eng katta uzatish yo'qotilishiga ega. SiO2 va silikon nitridi eng yaxshi uzatish xususiyatlariga ega va yo'qotish ~ 0,01dB / sm darajasiga yetishi mumkin; Hozirgi vaqtda yupqa plyonkali lityum niobat to'lqin qo'llanmasining to'lqin qo'llanmasining yo'qolishi 0,03 dB / sm ga yetishi mumkin va yupqa plyonkali lityum niobat to'lqin qo'llanmasining yo'qolishi texnologik darajani doimiy ravishda takomillashtirish bilan yanada kamayishi mumkin. kelajak. Shuning uchun, yupqa plyonkali lityum niobat materiali fotosintez yo'li, shunt va mikroring kabi passiv yorug'lik tuzilmalari uchun yaxshi ishlash ko'rsatadi.

Yorug'lik ishlab chiqarish nuqtai nazaridan, faqat InP yorug'likni to'g'ridan-to'g'ri chiqarish qobiliyatiga ega; Shuning uchun, mikroto'lqinli fotonlarni qo'llash uchun LNOI asosidagi fotonik integratsiyalangan chipda InP asosidagi yorug'lik manbasini qayta yuklash payvandlash yoki epitaksial o'sish yo'li bilan joriy qilish kerak. Yorug'lik modulyatsiyasi nuqtai nazaridan yuqorida ta'kidlanganidek, yupqa plyonkali lityum niobat materiali InP va Si ga qaraganda kattaroq modulyatsiya o'tkazish qobiliyatiga, past yarim to'lqinli kuchlanishga va kamroq uzatish yo'qotilishiga erishish osonroq. Bundan tashqari, yupqa plyonkali lityum niobat materiallarining elektro-optik modulyatsiyasining yuqori chiziqliligi barcha mikroto'lqinli foton ilovalari uchun juda muhimdir.

Optik marshrutlash nuqtai nazaridan, yupqa plyonkali lityum niobat materialining yuqori tezlikdagi elektro-optik javobi LNOI asosidagi optik kalitni yuqori tezlikda optik marshrutni almashtirishga qodir qiladi va bunday yuqori tezlikda o'tishning quvvat sarfi ham juda past. Integratsiyalashgan mikroto'lqinli foton texnologiyasini odatiy qo'llash uchun optik boshqariladigan nurlanish chipi tez nurni skanerlash ehtiyojlarini qondirish uchun yuqori tezlikda o'tish qobiliyatiga ega va ultra kam quvvat iste'moli xususiyatlari katta hajmdagi qat'iy talablarga yaxshi moslangan. -masshtabli bosqichli massiv tizimi. InP asosidagi optik kalit yuqori tezlikdagi optik yo'lni almashtirishni ham amalga oshirishi mumkin bo'lsa-da, u katta shovqinni keltirib chiqaradi, ayniqsa ko'p darajali optik kalit kaskadlanganda, shovqin koeffitsienti jiddiy ravishda yomonlashadi. Silikon, SiO2 va kremniy nitridi materiallari optik yo'llarni faqat termo-optik effekt yoki tashuvchi dispersiya effekti orqali almashtirishi mumkin, bu esa yuqori quvvat sarfi va sekin almashtirish tezligining kamchiliklariga ega. Fazali massivning massiv hajmi katta bo'lsa, u quvvat sarfi talablariga javob bera olmaydi.

Optik kuchaytirish nuqtai nazaridan,yarimo'tkazgichli optik kuchaytirgich (SOA) InP-ga asoslangan holda tijorat maqsadlarida foydalanish uchun etuk bo'lgan, ammo u yuqori shovqin koeffitsienti va past to'yinganlik chiqish quvvatining kamchiliklariga ega, bu mikroto'lqinli fotonlarni qo'llash uchun qulay emas. Periyodik faollashtirish va inversiyaga asoslangan yupqa plyonkali lityum niobat to'lqin qo'llanmasining parametrik kuchaytirish jarayoni past shovqin va yuqori quvvatli chipdagi optik kuchaytirishga erishishi mumkin, bu esa chipdagi optik kuchaytirish uchun integratsiyalangan mikroto'lqinli foton texnologiyasi talablariga yaxshi javob berishi mumkin.

Yorug'likni aniqlash nuqtai nazaridan, yupqa plyonkali lityum niobat 1550 nm diapazonda yorug'likka yaxshi o'tkazish xususiyatlariga ega. Fotoelektrik konvertatsiya funktsiyasini amalga oshirish mumkin emas, shuning uchun mikroto'lqinli foton ilovalari uchun chipdagi fotoelektrik konvertatsiya ehtiyojlarini qondirish uchun. InGaAs yoki Ge-Si aniqlash birliklari LNOI asosidagi fotonik integratsiyalangan chiplarda qayta yuklangan payvandlash yoki epitaksial o'sish orqali kiritilishi kerak. Optik tola bilan bog'lanish nuqtai nazaridan, optik tolaning o'zi SiO2 materiali bo'lganligi sababli, SiO2 to'lqin qo'llanmasining rejim maydoni optik tolaning rejim maydoni bilan eng yuqori mos keladigan darajaga ega va ulanish eng qulaydir. Yupqa plyonkali lityum niobatning kuchli cheklangan to'lqin qo'llanmasining rejim maydonining diametri taxminan 1 mikronni tashkil qiladi, bu optik tolaning rejim maydonidan ancha farq qiladi, shuning uchun optik tolaning rejim maydoniga mos kelish uchun to'g'ri rejimli nuqta transformatsiyasi amalga oshirilishi kerak.

Integratsiya nuqtai nazaridan, turli materiallarning yuqori integratsiya potentsialiga ega bo'lishi, asosan, to'lqin o'tkazgichning bükme radiusiga bog'liq (to'lqin o'tkazgich rejimi maydonining cheklanishidan ta'sirlangan). Kuchli cheklangan to'lqin qo'llanmasi yuqori integratsiyani amalga oshirish uchun qulayroq bo'lgan kichikroq bükme radiusiga imkon beradi. Shuning uchun yupqa plyonkali lityum niobat to'lqin qo'llanmalari yuqori integratsiyaga erishish imkoniyatiga ega. Shu sababli, yupqa plyonkali lityum niobatning paydo bo'lishi lityum niobat materialining haqiqatan ham optik "kremniy" rolini o'ynashiga imkon beradi. Mikroto'lqinli fotonlarni qo'llash uchun yupqa plyonkali lityum niobatning afzalliklari aniqroq.