Optilise modulaatori üks olulisemaid omadusi on selle modulatsioonikiirus ehk ribalaius, mis peaks olema vähemalt sama kiire kui olemasoleval elektroonikal. Transistoreid, mille transiidisagedused on tunduvalt üle 100 GHz, on juba demonstreeritud 90 nm ränitehnoloogias ja kiirus suureneb veelgi minimaalse elemendi suuruse vähenemisega [1]. Tänapäeva ränipõhiste modulaatorite ribalaius on aga piiratud. Ränil puudub χ(2)-mittelineaarsus oma tsentro-sümmeetrilise kristalse struktuuri tõttu. Pingestatud räni kasutamine on juba viinud huvitavate tulemusteni [2], kuid mittelineaarsused ei võimalda veel praktilisi seadmeid luua. Seetõttu tuginevad tipptasemel ränifotoonmodulaatorid endiselt vabade laengukandjate dispersioonile pn- või pin-siirdetes [3–5]. On näidatud, et ettepoole suunatud üleminekutel on pinge-pikkuse korrutis nii madal kui VπL = 0,36 V mm, kuid modulatsioonikiirust piirab vähemuslaengukandjate dünaamika. Sellegipoolest on elektrilise signaali eelpingestamise abil saavutatud andmeedastuskiirus 10 Gbit/s [4]. Kasutades hoopis pöördpingestatud üleminekuid, on ribalaiust suurendatud umbes 30 GHz-ni [5,6], kuid pinge ja pikkuse korrutis on tõusnud VπL = 40 V mm-ni. Kahjuks tekitavad sellised plasmaefektiga faasimodulaatorid ka soovimatut intensiivsuse modulatsiooni [7] ja reageerivad rakendatud pingele mittelineaarselt. Täiustatud modulatsioonivormingud, nagu QAM, nõuavad aga lineaarset vastust ja puhast faasimodulatsiooni, mistõttu on elektrooptilise efekti (Pockelsi efekti [8]) ärakasutamine eriti soovitav.
2. SOH-lähenemine
Hiljuti on pakutud välja räni-orgaanilise hübriidi (SOH) lähenemisviis [9–12]. SOH modulaatori näide on näidatud joonisel 1(a). See koosneb optilist välja juhtivast pilulainejuhist ja kahest räniribast, mis ühendavad optilise lainejuhi elektriliselt metallelektroodidega. Elektroodid asuvad optilise modaalvälja väliselt, et vältida optilisi kadusid [13], joonis 1(b). Seade on kaetud elektrooptilise orgaanilise materjaliga, mis täidab pilu ühtlaselt. Moduleerivat pinget kannab metallne elektriline lainejuht ja see langeb juhtivate räniribade tõttu üle pilu. Tekkiv elektriväli muudab seejärel pilu murdumisnäitajat ülikiire elektrooptilise efekti kaudu. Kuna pilu laius on suurusjärgus 100 nm, piisab mõnest voltist väga tugevate moduleerivate väljade tekitamiseks, mis on enamiku materjalide dielektrilise tugevuse suurusjärgus. Struktuuril on kõrge modulatsiooni efektiivsus, kuna nii moduleeriv kui ka optiline väli on koondunud pilu sisse, joonis 1(b) [14]. Tõepoolest, esimesed SOH modulaatorite rakendused alampingel [11] on juba näidatud ja demonstreeriti ka sinusoidaalset modulatsiooni kuni 40 GHz-ni [15,16]. Madalpinge ja kiirete SOH modulaatorite ehitamise väljakutseks on aga luua suure juhtivusega ühendusriba. Ekvivalentahelas saab pilu esindada kondensaatoriga C ja juhtivaid ribasid takistitega R, joonis 1(b). Vastav RC ajakonstant määrab seadme ribalaiuse [10,14,17,18]. Takistuse R vähendamiseks on soovitatud räniribasid legeerida [10,14]. Kuigi legeerimine suurendab räniribade juhtivust (ja seega suurendab optilisi kadusid), kaasneb sellega täiendav kadude trahv, kuna lisandite hajumine kahjustab elektronide liikuvust [10,14,19]. Lisaks näitasid uusimad valmistamiskatsed ootamatult madalat juhtivust.
Hiina „Silicon Valleys“ – Pekingi Zhongguancunis – asuv Pekingi Rofea Optoelectronics Co., Ltd. on kõrgtehnoloogiaettevõte, mis on pühendunud kodumaiste ja välismaiste teadusasutuste, uurimisinstituutide, ülikoolide ja ettevõtete teadustöötajate teenindamisele. Meie ettevõte tegeleb peamiselt optoelektrooniliste toodete iseseisva uurimis- ja arendustegevuse, disaini, tootmise ja müügiga ning pakub teadlastele ja tööstusinseneridele uuenduslikke lahendusi ja professionaalseid, personaalseid teenuseid. Pärast aastaid kestnud iseseisvat innovatsiooni on see loonud rikkaliku ja täiusliku fotoelektriliste toodete seeria, mida kasutatakse laialdaselt munitsipaal-, sõjaväe-, transpordi-, elektri-, finants-, haridus-, meditsiini- ja muudes tööstusharudes.
Ootame koostööd teiega!
Postituse aeg: 29. märts 2023