Hög linearitetelektrooptisk modulatoroch mikrovågsfotonapplikation
Med de ökande kraven i kommunikationssystem, för att ytterligare förbättra överföringseffektiviteten hos signaler, kommer människor att smälta fotoner och elektroner för att uppnå kompletterande fördelar, och mikrovågsfotonik kommer att föds. Den elektrooptiska modulatorn behövs för att omvandlingen av el ska tändasMikrovågsfotoniska systemoch detta nyckelsteg bestämmer vanligtvis hela systemets prestanda. Eftersom omvandlingen av radiofrekvenssignal till optisk domän är en analog signalprocess och vanligtelektrooptiska modulatorerhar inneboende olinjäritet, det finns allvarlig signalförvrängning i konverteringsprocessen. För att uppnå ungefärlig linjär modulering är driftspunkten för modulatorn vanligtvis fixerad vid den ortogonala förspänningspunkten, men den kan fortfarande inte uppfylla kraven för mikrovågsfotonlänk för modulatorns linearitet. Elektrooptiska modulatorer med hög linearitet behövs brådskande.
Höghastighets brytningsindexmodulering av kiselmaterial uppnås vanligtvis genom FCD-effekten av fria bärarens plasmadispersion (FCD). Både FCD -effekten och PN -korsningsmoduleringen är olinjär, vilket gör kiselmodulatorn mindre linjär än litium -niobatmodulatorn. Litium -niobatmaterial uppvisar utmärktelektrooptisk moduleringEgenskaper på grund av deras puckereffekt. Samtidigt har litium-niobatmaterial fördelarna med stor bandbredd, goda moduleringsegenskaper, låg förlust, enkel integration och kompatibilitet med halvledarprocessen, användningen av tunn film litiumniobat för att göra högpresterande elektrooptisk modulator, jämfört med kisel nästan ingen "kort platta", men också för att uppnå hög linjäritet. Tunna film litium niobat (lnoi) elektrooptisk modulator på isolator har blivit en lovande utvecklingsriktning. Med utvecklingen av tunnfilm litium niobatmaterialberedningsteknologi och vågledare etsningsteknik har den höga omvandlingseffektiviteten och högre integrationen av tunnfilm litium niobat elektrooptisk modulator blivit området internationell akademi och industri.
Egenskaper hos tunnfilm litium niobat
I USA har DAP AR -planering gjort följande utvärdering av litium -niobatmaterial: Om centrum för den elektroniska revolutionen är uppkallad efter det kiselmaterial som gör det möjligt, kommer fotonikrevolutionens födelseplats troligen att namnges efter litium -niobat. Detta beror på att litium-niobat integrerar elektrooptisk effekt, akusto-optisk effekt, piezoelektrisk effekt, termoelektrisk effekt och fotorefraktiv effekt i en, precis som kiselmaterial inom optikområdet.
När det gäller optiska överföringskarakteristika har INP-material den största överföringsförlusten på chip på grund av absorptionen av ljus i det vanligt använda 1550 nm-bandet. SiO2 och kiselnitrid har de bästa överföringskarakteristiken, och förlusten kan nå nivån ~ 0,01dB/cm; För närvarande kan vågledarförlusten av tunnfilm litium niobatvågledare nå nivån på 0,03 dB/cm, och förlusten av tunnfilm litium niobatvågledare har potentialen att ytterligare minskas med den kontinuerliga förbättringen av den tekniska nivån i framtiden. Därför kommer det tunna film litium -niobatmaterialet att visa bra prestanda för passiva ljusstrukturer som fotosyntetisk väg, shunt och mikror.
När det gäller ljusgenerering har endast INP förmågan att avge ljus direkt; För applicering av mikrovågsfotoner är det därför nödvändigt att introducera den INP -baserade ljuskällan på det LNOI -baserade fotoniska integrerade chipet genom att backa upp svetsning eller epitaxial tillväxt. När det gäller ljusmodulering har det betonats ovan att tunna film litium niobatmaterial är lättare att uppnå större moduleringsbandbredd, lägre halvvågspänning och lägre överföringsförlust än INP och SI. Dessutom är den höga lineariteten i elektrooptisk modulering av tunnfilm litium-niobatmaterial avgörande för alla mikrovågsfotonapplikationer.
När det gäller optisk routing gör det elektro-optiska svaret med hög hastighet av tunnfilm litium-niobatmaterial den LNOI-baserade optiska switchen som kan höghastighetsoptisk routingomkoppling, och strömförbrukningen för sådan höghastighetsomkoppling är också mycket låg. För den typiska tillämpningen av integrerad mikrovågsfoton-teknik har det optiskt kontrollerade strålformande chipet förmågan att höghastighetsomkoppling tillgodoser behoven hos snabbstrålskanning, och egenskaperna för ultralåg kraftförbrukning är väl anpassade till de strikta kraven för storskalig fasad array-system. Även om den INP-baserade optiska switchen också kan realisera höghastighetsoptisk vägbyte, kommer den att introducera stort brus, särskilt när den multilevel optiska switchen är kaskad, kommer bruskoefficienten att försämras allvarligt. Kisel-, SiO2- och kiselnitridmaterial kan bara växla optiska vägar genom den termooptiska effekten eller bärningsdispersionseffekten, som har nackdelarna med hög effektförbrukning och långsam växlingshastighet. När matrisstorleken för den fasade arrayen är stor kan den inte uppfylla kraven på strömförbrukning.
När det gäller optisk amplifiering,halvledaroptisk förstärkare (Soa) Baserat på INP har varit mogen för kommersiellt bruk, men det har nackdelarna med hög bruskoefficient och låg mättnadsutgångseffekt, vilket inte bidrar till applicering av mikrovågsfotoner. Den parametriska amplifieringsprocessen för tunnfilm litium-niobatvågledare baserat på periodisk aktivering och inversion kan uppnå låg brus och hög effekt på chip-optisk amplifiering, som väl kan uppfylla kraven för integrerad mikrovågsfoton-teknik för optisk amplifiering på chip.
När det gäller ljusdetektering har den tunna filmlitiumniobaten goda transmissionsegenskaper i ljuset i 1550 nm band. Funktionen för fotoelektrisk omvandling kan inte realiseras, så för mikrovågsfotonapplikationer för att tillgodose behoven hos fotoelektrisk omvandling på chipet. InGaAS- eller GE-SI-detekteringsenheter måste introduceras på LNOI-baserade fotoniska integrerade chips genom att backa svetsning eller epitaxial tillväxt. När det gäller koppling med optisk fiber, eftersom själva optisk fiber är SiO2 -material, har läget för SiO2 -vågledare den högsta matchande graden med lägesfältet för optisk fiber, och kopplingen är det mest praktiska. Lägesfältdiametern för den starkt begränsade vågledaren av tunn film litium -niobat är cirka 1 um, vilket är helt annorlunda från lägesfältet för optisk fiber, så korrekt läge -spottransformation måste utföras för att matcha lägesfältet för optisk fiber.
När det gäller integration beror huruvida olika material har en hög integrationspotential huvudsakligen på vågledarens böjningsradie (påverkas av begränsningen av fältet Waveguide Mode). Den starkt begränsade vågledaren tillåter en mindre böjningsradie, vilket är mer gynnsamt för förverkligandet av hög integration. Därför har tunnfilm litium niobatvågledare potentialen att uppnå hög integration. Därför gör utseendet på tunnfilm litium -niobat det möjligt för litium -niobatmaterial att verkligen spela rollen som optisk ”kisel”. För applicering av mikrovågsfotoner är fördelarna med tunnfilm litium -niobat mer uppenbara.
Posttid: april-23-2024