Integratsiyalashgan mikroto'lqinli foton texnologiyasida yupqa plyonkali lityum niobatning afzalliklari va ahamiyati
Mikroto'lqinli foton texnologiyasian'anaviy mikroto'lqinli tizimning texnik darbog'ini buzish va radar, elektron urush, aloqa va o'lchash kabi harbiy elektron axborot uskunalari ish faoliyatini yaxshilash potentsialiga ega bo'lgan katta ish o'tkazish qobiliyati, kuchli parallel ishlov berish qobiliyati va past uzatish yo'qotilishi afzalliklariga ega. nazorat qilish. Biroq, diskret qurilmalarga asoslangan mikroto'lqinli foton tizimi katta hajmli, og'ir vaznli va zaif barqarorlik kabi ba'zi muammolarga ega, bu mikroto'lqinli foton texnologiyasini kosmik va havo platformalarida qo'llashni jiddiy cheklaydi. Shu sababli, integratsiyalangan mikroto'lqinli foton texnologiyasi harbiy elektron axborot tizimida mikroto'lqinli fotonni qo'llashni buzish va mikroto'lqinli foton texnologiyasining afzalliklarini to'liq o'ynash uchun muhim yordamga aylanmoqda.
Hozirgi vaqtda SI-ga asoslangan fotonik integratsiya texnologiyasi va INP-ga asoslangan fotonik integratsiya texnologiyasi optik aloqa sohasida ko'p yillik rivojlanishdan so'ng tobora etuklashdi va bozorga ko'plab mahsulotlar chiqarildi. Biroq, mikroto'lqinli fotonni qo'llash uchun ushbu ikki turdagi foton integratsiya texnologiyalarida ba'zi muammolar mavjud: masalan, Si modulyatori va InP modulyatorining chiziqli bo'lmagan elektro-optik koeffitsienti mikroto'lqinli pechning yuqori chiziqliligi va katta dinamik xususiyatlariga ziddir. foton texnologiyasi; Masalan, termal-optik effekt, piezoelektrik effekt yoki tashuvchining in'ektsiya dispersiyasi effektiga asoslangan holda optik yo'lni almashtirishni amalga oshiradigan silikon optik kalit, tezlikni qondira olmaydigan sekin almashtirish tezligi, quvvat sarfi va issiqlik iste'moli muammolariga ega. nurni skanerlash va katta massivli mikroto'lqinli foton ilovalari.
Lityum niobat har doim yuqori tezlik uchun birinchi tanlov bo'lib kelganelektro-optik modulyatsiyamukammal chiziqli elektro-optik ta'siri tufayli materiallar. Biroq, an'anaviy lityum niobatelektro-optik modulyatormassiv lityum niobat kristalli materialdan tayyorlangan va qurilma hajmi juda katta, bu integratsiyalashgan mikroto'lqinli foton texnologiyasi ehtiyojlarini qondira olmaydi. Lityum niobat materiallarini chiziqli elektro-optik koeffitsientli mikroto'lqinli foton texnologiyasining integratsiyalashgan tizimiga qanday integratsiya qilish tegishli tadqiqotchilarning maqsadiga aylandi. 2018 yilda Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Garvard universiteti tadqiqot guruhi birinchi marta Tabiatdagi yupqa plyonkali litiy niobatga asoslangan fotonik integratsiya texnologiyasi haqida xabar berdi, chunki texnologiya yuqori integratsiya, katta elektro-optik modulyatsiya o'tkazish qobiliyati va elektrotexnikaning yuqori chiziqliligi afzalliklariga ega. -optik effekt, ishga tushirilgandan so'ng, u darhol fotonik integratsiya va mikroto'lqinli fotonika sohasida akademik va sanoat e'tiborini tortdi. Mikroto'lqinli fotonni qo'llash nuqtai nazaridan ushbu maqola mikroto'lqinli foton texnologiyasining rivojlanishiga yupqa plyonkali lityum niobatga asoslangan foton integratsiya texnologiyasining ta'siri va ahamiyatini ko'rib chiqadi.
Yupqa plyonkali lityum niobat materiali va yupqa plyonkalityum niobat modulyatori
So'nggi ikki yil ichida yangi turdagi lityum niobat materiali paydo bo'ldi, ya'ni lityum niobat plyonkasi massiv litiy niobat kristalidan "ionli kesish" usuli bilan eksfoliatsiya qilinadi va silika bufer qatlami bilan Si gofreti bilan bog'lanadi. LNOI (LiNbO3-On-Izolyator) materialini [5] hosil qiladi, bu maqolada yupqa plyonkali lityum niobat materiali deb ataladi. Balandligi 100 nanometrdan ortiq bo'lgan tizma to'lqin uzatmalari optimallashtirilgan quruq qirqish jarayoni orqali yupqa plyonkali lityum niobat materiallariga yopishtirilishi mumkin va hosil bo'lgan to'lqin o'tkazgichlarining samarali sinishi indeksi farqi 0,8 dan oshishi mumkin (an'anaviy sinishi ko'rsatkichlari farqidan ancha yuqori). lityum niobat to'lqin o'tkazgichlari 0,02), 1-rasmda ko'rsatilganidek. Kuchli cheklangan to'lqin o'tkazgich modulyatorni loyihalashda yorug'lik maydonini mikroto'lqinli maydon bilan moslashtirishni osonlashtiradi. Shunday qilib, qisqaroq uzunlikdagi yarim to'lqinli kuchlanish va kattaroq modulyatsiya tarmoqli kengligiga erishish foydalidir.
Kam yo'qotilgan lityum niobat submikron to'lqin qo'llanmasining ko'rinishi an'anaviy lityum niobat elektro-optik modulyatorining yuqori haydash kuchlanishining darbog'ini buzadi. Elektrod oralig'i ~ 5 mkm gacha kamayishi mumkin va elektr maydoni va optik rejim maydoni o'rtasidagi o'zaro bog'liqlik sezilarli darajada oshadi va vp · L 20 V · sm dan 2,8 V · sm dan kamroqgacha kamayadi. Shuning uchun, bir xil yarim to'lqinli kuchlanish ostida, an'anaviy modulyator bilan solishtirganda qurilmaning uzunligi sezilarli darajada kamayishi mumkin. Shu bilan birga, rasmda ko'rsatilganidek, harakatlanuvchi to'lqin elektrodining kengligi, qalinligi va oralig'i parametrlarini optimallashtirgandan so'ng, modulyator 100 GGts dan ortiq ultra yuqori modulyatsiya tarmoqli kengligi qobiliyatiga ega bo'lishi mumkin.
1-rasm （a） hisoblangan rejim taqsimoti va （b） LN to'lqin o'tkazgichning ko'ndalang kesimining tasviri
2-rasm （a） To'lqin o'tkazgich va elektrod tuzilishi va LN modulyatorining （b） asosiy plitasi
Yupqa plyonkali lityum niobat modulyatorlarini an'anaviy lityum niobat tijorat modulyatorlari, kremniy asosidagi modulyatorlar va indiy fosfid (InP) modulyatorlari va boshqa mavjud yuqori tezlikdagi elektro-optik modulyatorlar bilan taqqoslash, taqqoslashning asosiy parametrlariga quyidagilar kiradi:
(1) Modulyatorning modulyatsiya samaradorligini o'lchaydigan yarim to'lqinli voltli uzunlikdagi mahsulot (vp · L, V · sm), qiymat qanchalik kichik bo'lsa, modulyatsiya samaradorligi shunchalik yuqori bo'ladi;
(2) modulyatorning yuqori chastotali modulyatsiyaga javobini o'lchaydigan 3 dB modulyatsiya o'tkazish qobiliyati (GHz);
(3) Modulyatsiya hududida optik kiritish yo'qolishi (dB). Jadvaldan ko'rinib turibdiki, yupqa plyonkali lityum niobat modulyatori modulyatsiya o'tkazish qobiliyati, yarim to'lqinli kuchlanish, optik interpolatsiyani yo'qotish va hokazolarda aniq afzalliklarga ega.
Silikon, integratsiyalashgan optoelektronikaning asosi sifatida hozirgacha ishlab chiqilgan, jarayon etuk, uning miniatyurasi faol/passiv qurilmalarning keng ko'lamli integratsiyasiga yordam beradi va uning modulyatori optika sohasida keng va chuqur o'rganilgan. aloqa. Kremniyning elektro-optik modulyatsiya mexanizmi asosan tashuvchini tushirish, tashuvchini quyish va tashuvchini to'plashdan iborat. Ular orasida modulyatorning tarmoqli kengligi chiziqli darajali tashuvchini yo'qotish mexanizmi bilan optimaldir, ammo optik maydon taqsimoti tükenme hududining bir xil bo'lmaganligi bilan bir-biriga mos kelishi sababli, bu ta'sir chiziqli bo'lmagan ikkinchi tartibli buzilish va uchinchi tartibli intermodulyatsiya buzilishini keltirib chiqaradi. optik modulyatsiya amplitudasining kamayishiga va signalning buzilishiga olib keladigan yorug'lik tashuvchining yutilish ta'siri bilan birlashtirilgan shartlar.
InP modulyatori ajoyib elektro-optik effektlarga ega va ko'p qatlamli kvant quduq strukturasi 0,156V · mm gacha bo'lgan Vp·L bilan o'ta yuqori tezlikli va past harakatlantiruvchi kuchlanish modulyatorlarini amalga oshirishi mumkin. Biroq, elektr maydoni bilan sinishi indeksining o'zgarishi chiziqli va chiziqli bo'lmagan shartlarni o'z ichiga oladi va elektr maydon intensivligining oshishi ikkinchi darajali effektni sezilarli qiladi. Shuning uchun, kremniy va InP elektro-optik modulyatorlari ishlayotganda pn birikmasini hosil qilish uchun egilishni qo'llashi kerak va pn birikmasi yorug'lik yutilish yo'qotilishiga olib keladi. Biroq, bu ikki modulyatorning o'lchami kichik, tijorat InP modulyatori hajmi LN modulatorining 1/4 qismini tashkil qiladi. Ma'lumotlar markazlari kabi yuqori zichlikdagi va qisqa masofali raqamli optik uzatish tarmoqlari uchun mos bo'lgan yuqori modulyatsiya samaradorligi. Lityum niobatning elektro-optik ta'siri yorug'lik assimilyatsiya qilish mexanizmiga ega emas va uzoq masofalarga mos keladigan past yo'qotishlarga ega.optik aloqakatta quvvat va yuqori tezlik bilan. Mikroto'lqinli fotonni qo'llashda Si va InP ning elektro-optik koeffitsientlari chiziqli bo'lmagan, bu esa yuqori chiziqli va katta dinamikaga ega bo'lgan mikroto'lqinli foton tizimiga mos kelmaydi. Lityum niobat moddasi to'liq chiziqli elektro-optik modulyatsiya koeffitsienti tufayli mikroto'lqinli fotonni qo'llash uchun juda mos keladi.
Xabar vaqti: 22-aprel-2024