Kõrge lineaarsuselektrooptiline modulaatorja mikrolaine-footoni rakendus
Sidesüsteemide kasvavate nõudmiste tõttu hakkavad inimesed signaalide edastamise efektiivsuse edasiseks parandamiseks ühendama footoneid ja elektrone, et saavutada täiendavaid eeliseid, ning sünnib mikrolaine-footonika. Elektrooptiline modulaator on vajalik elektrienergia muundamiseks valguseks.mikrolaine-footonsüsteemidja see võtmeetapp määrab tavaliselt kogu süsteemi jõudluse. Kuna raadiosagedussignaali muundamine optiliseks domeeniks on analoogsignaali protsess ja tavalineelektrooptilised modulaatoridomane mittelineaarsus, esineb muundamise protsessis tõsine signaali moonutus. Ligikaudse lineaarse modulatsiooni saavutamiseks on modulaatori tööpunkt tavaliselt fikseeritud ortogonaalse eelpinge punktis, kuid see ei suuda ikkagi täita mikrolaine footonühenduse nõudeid modulaatori lineaarsuse osas. Hädasti on vaja kõrge lineaarsusega elektro-optilisi modulaatoreid.
Ränimaterjalide kiire murdumisnäitaja modulatsioon saavutatakse tavaliselt vaba laengukandja plasma dispersiooni (FCD) efekti abil. Nii FCD efekt kui ka PN-siirde modulatsioon on mittelineaarsed, mis muudab räni modulaatori vähem lineaarseks kui liitiumniobaatmodulaator. Liitiumniobaatmaterjalidel on suurepärased omadused.elektrooptiline modulatsioonomadused tänu nende Puckeri efektile. Samal ajal on liitiumniobaatmaterjalil eelised suure ribalaiuse, heade modulatsiooniomaduste, väikese kadu, lihtsa integreerimise ja pooljuhtprotsessidega ühilduvuse osas. Õhukese kilega liitiumniobaadi kasutamine suure jõudlusega elektrooptilise modulaatori valmistamiseks, võrreldes räni puhul peaaegu ilma "lühikese plaadita", ja ka kõrge lineaarsuse saavutamine. Õhukese kilega liitiumniobaat (LNOI) elektrooptiline modulaator isolaatoril on muutunud paljulubavaks arendussuunaks. Õhukese kilega liitiumniobaatmaterjali ettevalmistustehnoloogia ja lainejuhtide söövitustehnoloogia arenguga on õhukese kilega liitiumniobaatelektrooptilise modulaatori kõrge muundamise efektiivsus ja suurem integreeritus saanud rahvusvahelise akadeemilise ringkonna ja tööstuse valdkonnaks.
Õhukese kilega liitiumniobaadi omadused
Ameerika Ühendriikides on DAP AR planeerimine teinud liitiumniobaatmaterjalide kohta järgmise hinnangu: kui elektroonikarevolutsiooni keskpunkt on nimetatud seda võimaldava ränimaterjali järgi, siis fotoonikarevolutsiooni sünnikoht on tõenäoliselt nimetatud liitiumniobaadi järgi. See on nii, kuna liitiumniobaat ühendab endas elektrooptilise efekti, akustilis-optilise efekti, piesoelektrilise efekti, termoelektrilise efekti ja fotorefraktiivse efekti, just nagu ränimaterjalid optika valdkonnas.
Optiliste ülekandekarakteristikute osas on InP-materjalil suurim kiibil toimuv ülekandekadu, mis on tingitud valguse neeldumisest tavaliselt kasutatavas 1550 nm lainealas. SiO2-l ja räninitriidil on parimad ülekandekarakteristikud ning kadu võib ulatuda tasemeni ~0,01 dB/cm; Praegu võib õhukese kilega liitiumniobaatlainejuhi lainejuhi kadu ulatuda tasemeni 0,03 dB/cm ja õhukese kilega liitiumniobaatlainejuhi kadu võib tulevikus tehnoloogilise taseme pideva täiustamisega veelgi väheneda. Seetõttu on õhukese kilega liitiumniobaatmaterjalil head omadused passiivsete valgusstruktuuride, näiteks fotosünteesitee, šundi ja mikrorõngaste jaoks.
Valguse genereerimise osas on ainult InP-l võime valgust otse kiirata; seetõttu on mikrolaine-footonite rakendamiseks vaja InP-põhine valgusallikas sisse viia LNOI-põhisele footon-integraalkiibile tagasilaadimiskeevituse või epitaksiaalse kasvu abil. Valguse modulatsiooni osas on eespool rõhutatud, et õhukese kilega liitiumniobaatmaterjalil on lihtsam saavutada suurem modulatsiooniribalaius, madalam poollaine pinge ja väiksem ülekandekao kui InP-l ja Si-l. Lisaks on õhukese kilega liitiumniobaatmaterjalide elektro-optilise modulatsiooni kõrge lineaarsus oluline kõigi mikrolaine-footonite rakenduste jaoks.
Optilise marsruutimise osas muudab õhukese liitiumniobaatkilega materjali kiire elektrooptiline reageering LNOI-põhise optilise lüliti kiireks optilise marsruutimise lülitamiseks võimeliseks ning sellise kiire lülitamise energiatarve on samuti väga madal. Integreeritud mikrolaine-footontehnoloogia tüüpilise rakenduse puhul on optiliselt juhitaval kiirmoodustaval kiibil kiire lülituse võime, mis vastab kiire kiire skaneerimise vajadustele, ning ülimadala energiatarbimise omadused sobivad hästi suuremahuliste faasitud massiivisüsteemide rangete nõuetega. Kuigi InP-põhine optiline lüliti suudab teostada ka kiiret optilise tee lülitamist, tekitab see suurt müra, eriti kui mitmetasandiline optiline lüliti on kaskaadis, mürategur halveneb oluliselt. Räni, SiO2 ja räninitriidmaterjalid saavad optilisi teid vahetada ainult termooptilise efekti või laengukandjate dispersiooniefekti abil, mille puudusteks on suur energiatarve ja aeglane lülituskiirus. Kui faasitud massiivi suurus on suur, ei suuda see täita energiatarbimise nõudeid.
Optilise võimenduse osaspooljuhtoptiline võimendi (SOA) InP-l põhinev on kommertskasutuseks küps, kuid selle puudusteks on kõrge mürakoefitsient ja madal küllastusvõimsus, mis ei soodusta mikrolaine-footonite kasutamist. Õhukese kilega liitiumniobaatlainejuhi parameetriline võimendusprotsess, mis põhineb perioodilisel aktiveerimisel ja inversioonil, võimaldab saavutada madala mürataseme ja suure võimsusega kiibil põhineva optilise võimenduse, mis vastab hästi integreeritud mikrolaine-footontehnoloogia nõuetele kiibil põhineva optilise võimenduse jaoks.
Valguse detekteerimise osas on õhukese kilega liitiumniobaadil head läbilaskvusomadused valgusele 1550 nm lainealas. Fotoelektrilise muundamise funktsiooni ei saa teostada, seega mikrolaine-footonrakenduste puhul tuleb kiibil fotoelektrilise muundamise vajaduste rahuldamiseks LNOI-põhistele footonilistele integreeritud kiipidele sisse viia InGaAs või Ge-Si detekteerimisseadmed, kasutades tagasilaadimiskeevitust või epitaksiaalset kasvu. Optilise kiuga ühendamise osas, kuna optiline kiud ise on SiO2 materjalist, on SiO2 lainejuhi moodiväljal optilise kiu moodiväljaga kõrgeim vastavusaste ja sidestus on kõige mugavam. Õhukese kilega liitiumniobaadi tugevalt piiratud lainejuhi moodivälja läbimõõt on umbes 1 μm, mis erineb optilise kiu moodiväljast üsna palju, seega tuleb optilise kiu moodiväljaga sobitamiseks läbi viia õige moodipunkti teisendus.
Integratsiooni seisukohast sõltub erinevate materjalide kõrge integreerimispotentsiaal peamiselt lainejuhi painutusraadiusest (mida mõjutab lainejuhi moodivälja piiratus). Tugevalt piiratud lainejuht võimaldab väiksemat painutusraadiust, mis soodustab paremini kõrge integreerimise saavutamist. Seetõttu on õhukese kilega liitiumniobaatlainejuhtidel potentsiaali saavutada kõrge integreerimine. Seega võimaldab õhukese kilega liitiumniobaatmaterjali välimus mängida optilise "räni" rolli. Mikrolaine-footonite rakendamisel on õhukese kilega liitiumniobaadi eelised ilmsemad.
Postituse aeg: 23. aprill 2024