En av de viktigaste egenskaperna hos en optisk modulator är dess moduleringshastighet eller bandbredd, vilken bör vara minst lika snabb som den tillgängliga elektroniken. Transistorer med transitfrekvenser långt över 100 GHz har redan demonstrerats i 90 nm kiselteknik, och hastigheten kommer att öka ytterligare i takt med att den minsta funktionsstorleken minskas [1]. Bandbredden för dagens kiselbaserade modulatorer är dock begränsad. Kisel har inte en χ(2)-icke-linjäritet på grund av dess centrosymmetriska kristallina struktur. Användningen av ansträngt kisel har redan lett till intressanta resultat [2], men olinjäriteterna möjliggör ännu inte praktiska anordningar. Toppmoderna fotoniska kiselmodulatorer förlitar sig därför fortfarande på fri bärvågsdispersion i pn- eller pin-övergångar [3–5]. Framåtriktade övergångar har visat sig uppvisa en spänningslängdsprodukt så låg som VπL = 0,36 V mm, men moduleringshastigheten begränsas av dynamiken hos minoritetsbärvågor. Ändå har datahastigheter på 10 Gbit/s genererats med hjälp av en förbetoning av den elektriska signalen [4]. Med hjälp av omvänt förspända övergångar har bandbredden ökats till cirka 30 GHz [5,6], men spänningslängdsprodukten steg till VπL = 40 V mm. Tyvärr producerar sådana plasmaeffektfasmodulatorer också oönskad intensitetsmodulering [7], och de svarar ickelinjärt på den applicerade spänningen. Avancerade moduleringsformat som QAM kräver dock ett linjärt svar och ren fasmodulering, vilket gör utnyttjandet av den elektrooptiska effekten (Pockels-effekten [8]) särskilt önskvärt.
2. SOH-metod
Nyligen har metoden kisel-organisk hybrid (SOH) föreslagits [9–12]. Ett exempel på en SOH-modulator visas i figur 1(a). Den består av en slitsvågledare som styr det optiska fältet och två kiselremsor som elektriskt ansluter den optiska vågledaren till de metalliska elektroderna. Elektroderna är placerade utanför det optiska modalfältet för att undvika optiska förluster [13], figur 1(b). Anordningen är belagd med ett elektrooptiskt organiskt material som jämnt fyller slitsen. Moduleringsspänningen bärs av den metalliska elektriska vågledaren och sjunker över slitsen tack vare de ledande kiselremsorna. Det resulterande elektriska fältet ändrar sedan brytningsindex i slitsen genom den ultrasnabba elektrooptiska effekten. Eftersom slitsen har en bredd i storleksordningen 100 nm räcker några få volt för att generera mycket starka moduleringsfält som är i storleksordningen av den dielektriska hållfastheten hos de flesta material. Strukturen har en hög moduleringseffektivitet eftersom både de modulerande och de optiska fälten är koncentrerade inuti slitsen, figur 1(b) [14]. De första implementeringarna av SOH-modulatorer med subvoltsdrift [11] har redan visats, och sinusformad modulering upp till 40 GHz har demonstrerats [15,16]. Utmaningen med att bygga lågspännings-SOH-modulatorer med hög hastighet är dock att skapa en mycket ledande anslutningsremsa. I en ekvivalent krets kan slitsen representeras av en kondensator C och de ledande remsorna av motstånd R, Fig. 1(b). Motsvarande RC-tidskonstant bestämmer enhetens bandbredd [10,14,17,18]. För att minska motståndet R har det föreslagits att dopa kiselremsorna [10,14]. Medan dopning ökar kiselremsornas konduktivitet (och därför ökar optiska förluster), betalar man en ytterligare förluststraff eftersom elektronrörligheten försämras av föroreningsspridning [10,14,19]. Dessutom visade de senaste tillverkningsförsöken oväntat låg konduktivitet.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., beläget i Kinas "Silicon Valley" – Beijing Zhongguancun, är ett högteknologiskt företag som är dedikerat till att betjäna inhemska och utländska forskningsinstitut, universitet och vetenskaplig personal inom företagsforskning. Vårt företag är huvudsakligen verksamt inom oberoende forskning och utveckling, design, tillverkning och försäljning av optoelektroniska produkter och erbjuder innovativa lösningar och professionella, personliga tjänster för forskare och industriingenjörer. Efter år av oberoende innovation har företaget bildat en rik och perfekt serie av fotoelektriska produkter, som används i stor utsträckning inom kommunal, militär, transport, elkraft, finans, utbildning, medicin och andra industrier.
Vi ser fram emot samarbetet med dig!
Publiceringstid: 29 mars 2023