Hög linjäritetelektro-optisk modulatoroch mikrovågsfotonapplikation
Med de ökande kraven på kommunikationssystem, för att ytterligare förbättra överföringseffektiviteten för signaler, kommer människor att smälta samman fotoner och elektroner för att uppnå kompletterande fördelar, och mikrovågsfotonik kommer att födas. Den elektrooptiska modulatorn behövs för att omvandla el till ljus imikrovågsfotoniska system, och detta nyckelsteg bestämmer vanligtvis hela systemets prestanda. Eftersom omvandlingen av radiofrekvenssignal till optisk domän är en analog signalprocess, och vanligelektrooptiska modulatorerhar inneboende olinjäritet finns det allvarlig signalförvrängning i omvandlingsprocessen. För att uppnå ungefärlig linjär modulering är modulatorns arbetspunkt vanligtvis fixerad vid den ortogonala förspänningspunkten, men den kan fortfarande inte uppfylla kraven för mikrovågsfotonlänk för modulatorns linjäritet. Elektrooptiska modulatorer med hög linjäritet är ett akut behov.
Höghastighetsbrytningsindexmoduleringen av kiselmaterial uppnås vanligtvis genom effekten av fri bärarplasmadispersion (FCD). Både FCD-effekten och PN-övergångsmoduleringen är olinjära, vilket gör kiselmodulatorn mindre linjär än litiumniobatmodulatorn. Litiumniobatmaterial uppvisar utmärktaelektrooptisk moduleringegenskaper på grund av deras Pucker-effekt. Samtidigt har litiumniobatmaterial fördelarna med stor bandbredd, goda moduleringsegenskaper, låga förluster, enkel integration och kompatibilitet med halvledarprocesser, användningen av tunnfilmslitiumniobat för att göra högpresterande elektrooptisk modulator, jämfört med kisel nästan ingen "kort platta", men också för att uppnå hög linjäritet. Tunnfilmslitiumniobat (LNOI) elektrooptisk modulator på isolator har blivit en lovande utvecklingsriktning. Med utvecklingen av tunnfilmslitiumniobatmaterialberedningsteknik och vågledaretsningsteknik har den höga omvandlingseffektiviteten och högre integrationen av tunnfilmslitiumniobatelektrooptisk modulator blivit området för internationell akademi och industri.
Egenskaper för tunnfilmslitiumniobat
I USA har DAP AR-planering gjort följande utvärdering av litiumniobatmaterial: om centrum för den elektroniska revolutionen är uppkallad efter det kiselmaterial som gör det möjligt, då är fotonikrevolutionens födelseplats troligen uppkallad efter litiumniobat . Detta beror på att litiumniobat integrerar elektrooptisk effekt, akustooptisk effekt, piezoelektrisk effekt, termoelektrisk effekt och fotobrytningseffekt i ett, precis som kiselmaterial inom optikområdet.
När det gäller optiska transmissionsegenskaper har InP-material den största transmissionsförlusten på chipet på grund av absorptionen av ljus i det vanliga 1550nm-bandet. SiO2 och kiselnitrid har de bästa transmissionsegenskaperna, och förlusten kan nå nivån på ~ 0,01dB/cm; För närvarande kan vågledarförlusten av tunnfilmslitiumniobatvågledare nå nivån 0,03 dB/cm, och förlusten av tunnfilmslitiumniobatvågledare har potentialen att minska ytterligare med den kontinuerliga förbättringen av den tekniska nivån i framtida. Därför kommer tunnfilmslitiumniobatmaterialet att visa bra prestanda för passiva ljusstrukturer som fotosyntetisk väg, shunt och mikroring.
När det gäller ljusgenerering är det bara InP som har förmågan att avge ljus direkt; Därför, för applicering av mikrovågsfotoner, är det nödvändigt att introducera den InP-baserade ljuskällan på det LNOI-baserade fotoniska integrerade chipet genom bakbelastningssvetsning eller epitaxiell tillväxt. När det gäller ljusmodulering har det framhållits ovan att tunnfilmslitiumniobatmaterial är lättare att uppnå större moduleringsbandbredd, lägre halvvågsspänning och lägre transmissionsförlust än InP och Si. Dessutom är den höga linjäriteten hos elektro-optisk modulering av tunnfilmslitiumniobatmaterial väsentlig för alla mikrovågsfotonapplikationer.
När det gäller optisk routing, gör den höghastighets elektrooptiska responsen av tunnfilmslitiumniobatmaterial den LNOI-baserade optiska växeln kapabel till höghastighets optisk routingväxling, och strömförbrukningen för sådan höghastighetsväxling är också mycket låg. För den typiska tillämpningen av integrerad mikrovågsfotonteknologi har det optiskt styrda strålformningschippet förmågan att växla höghastighetssignaler för att möta behoven av snabb strålskanning, och egenskaperna för ultralåg energiförbrukning är väl anpassade till de strikta kraven för stora -scale phased array system. Även om den InP-baserade optiska switchen också kan realisera höghastighetsväxling av optisk väg, kommer den att introducera stort brus, speciellt när den optiska flernivåomkopplaren är kaskadkopplad, kommer bruskoefficienten att försämras allvarligt. Kisel-, SiO2- och kiselnitridmaterial kan endast byta optiska vägar genom den termooptiska effekten eller bärardispersionseffekten, vilket har nackdelarna med hög strömförbrukning och långsam växlingshastighet. När arraystorleken för den fasade arrayen är stor kan den inte uppfylla kraven på strömförbrukning.
När det gäller optisk förstärkning äroptisk halvledarförstärkare (SOA) baserad på InP har varit mogen för kommersiell användning, men den har nackdelarna med hög bruskoefficient och låg mättnadsutgångseffekt, vilket inte är gynnsamt för tillämpningen av mikrovågsfotoner. Den parametriska förstärkningsprocessen för tunnfilms litiumniobatvågledare baserad på periodisk aktivering och inversion kan uppnå lågt brus och hög effekt on-chip optisk förstärkning, som väl kan uppfylla kraven för integrerad mikrovågsfotonteknik för optisk förstärkning på chip.
När det gäller ljusdetektion har tunnfilmslitiumniobaten goda transmissionsegenskaper till ljus i 1550 nm-bandet. Funktionen av fotoelektrisk omvandling kan inte realiseras, så för mikrovågsfotonapplikationer, för att möta behoven av fotoelektrisk omvandling på chipet. InGaAs- eller Ge-Si-detektionsenheter måste introduceras på LNOI-baserade fotoniska integrerade chip genom backloading-svetsning eller epitaxiell tillväxt. När det gäller koppling med optisk fiber, eftersom den optiska fibern i sig är SiO2-material, har lägesfältet för SiO2-vågledaren den högsta matchningsgraden med lägesfältet för optisk fiber, och kopplingen är den mest bekväma. Modfältsdiametern för den starkt begränsade vågledaren av tunnfilmslitiumniobat är cirka 1 μm, vilket skiljer sig ganska mycket från lägesfältet för optisk fiber, så korrekt lägespunktomvandling måste utföras för att matcha lägesfältet för optisk fiber.
När det gäller integration beror om olika material har en hög integrationspotential främst på vågledarens böjningsradie (påverkas av begränsningen av vågledarmodfältet). Den starkt begränsade vågledaren tillåter en mindre böjradie, vilket är mer gynnsamt för realiseringen av hög integration. Därför har tunnfilmslitiumniobatvågledare potential att uppnå hög integration. Därför gör utseendet på tunnfilmslitiumniobat det möjligt för litiumniobatmaterial att verkligen spela rollen som optiskt "kisel". För applicering av mikrovågsfotoner är fördelarna med tunnfilmslitiumniobat mer uppenbara.
Posttid: 2024-apr-23