Õhukese kile liitium -niobaadi eelised ja olulisus integreeritud mikrolainefootonitehnoloogias
MikrolainefootonitehnoloogiaTal on suurte töötava ribalaiuse eelised, tugev paralleelne töötlemisvõime ja madal ülekandekaotus, mis võib murda traditsioonilise mikrolainesüsteemi tehnilise kitsaskoha ja parandada sõjaliste elektrooniliste infoseadmete, näiteks radari, elektroonilise sõjapidamise, kommunikatsiooni ja juhtimise jõudlust. Diskreetsetel seadmetel põhineval mikrolainefootonisüsteemil on aga mõned probleemid, näiteks suur maht, raske kaal ja halb stabiilsus, mis piirab tõsiselt mikrolainefootonitehnoloogia rakendust kosmoses levivatel ja õhus levivatel platvormidel. Seetõttu on integreeritud mikrolainefootonitehnoloogia muutumas oluliseks tugiks mikrolainefootoni rakenduse purustamiseks sõjalises elektroonilises infosüsteemis ja täieliku mängu andmiseks mikrolainete footonitehnoloogia eelistele.
Praegu on SI-põhise fotoonilise integratsioonitehnoloogia ja INP-põhise fotoonilise integratsiooni tehnoloogia muutunud üha küpsemaks pärast aastatepikkust arengut optilise kommunikatsiooni valdkonnas ning turule on pandud palju tooteid. Kuid mikrolaine footoni rakendamiseks on nendes kahte tüüpi footoni integreerimistehnoloogiates probleeme: näiteks on SI modulaatori ja INP modulaatori mittelineaarne elektro-optiline koefitsient vastuolus kõrge lineaarsuse ja suurte dünaamiliste omadustega, mida jälgivad mikrolainetehnoloogia; Näiteks räni optilisel lülitil, mis realiseerib optilise raja lülitamist, olgu see siis termilise optilise efekti, piesoelektrilise efekti või kanduri sissepritse dispersiooniefekti põhjal, on probleeme aeglase lülituskiiruse, energiatarbimise ja kuumtarbimisega, mis ei suuda täita kiireid tala skaneerimist ja suurel määral mikrolaine footoni rakendusi.
Liitium -niobaat on alati olnud kiire kiireks valikelektro-optiline modulatsioonMaterjalid selle suurepärase lineaarse elektro-optilise efekti tõttu. Kuid traditsiooniline liitium -niobaatelektro-optiline modulaatoron valmistatud massiivsest liitium -niobaadi kristallmaterjalist ja seadme suurus on väga suur, mis ei vasta integreeritud mikrolainefootonitehnoloogia vajadustele. See, kuidas integreerida liitium-niobaadimaterjale lineaarse elektro-optilise koefitsiendiga integreeritud mikrolainefootonitehnoloogia süsteemi, on muutunud asjakohaste teadlaste eesmärgiks. 2018. aastal teatas Ameerika Ühendriikide Harvardi ülikooli uurimisrühm kõigepealt fotoonilise integratsioonitehnoloogiast, mis põhineb õhukesel kile liitium-niobaadil, kuna tehnoloogial on kõrge integratsiooni eelised, suur elektro-optilise modulatsiooni ribalaius ja suur lineaarsus elektro-optilise efekti käivitamisel, kui see põhjustas kohe akadeemilise ja tööstusliku tähelepanu fothonilisel ja mikrol. Mikrolainefootoni rakenduse vaatenurgast vaadatakse käesolevas artiklis läbi footoni integreerimistehnoloogia mõju ja olulisuse, mis põhineb õhukesel kile liitium -niobaadil mikrolainefootonitehnoloogia arendamisel.
Õhuke kile liitium -niobaadi materjal ja õhuke kileliitium -niobaadi modulaator
Viimase kahe aasta jooksul on tekkinud uut tüüpi liitium-niobaadimaterjali, see tähendab, et liitium-niobaadi kile koorub massiivsest liitium-niobaatkristallist ioonide viilutamise meetodi abil ja ühendatakse Si-vahvliga ränidioksiidi puhverkihiga, et moodustada LNOI (Linbo3-O-inolaator) materjali [5]. Ridge'i lainejuhid, mille kõrgus on enam kui 100 nanomeetrit, saab söövitada õhukese kile liitium -niobaadimaterjalidele optimeeritud kuiva söövitamise protsessi abil ja moodustatud lainejuhtide efektiivne murdumisnäitaja erinevus võib ulatuda rohkem kui 0,8 (palju kõrgem kui traditsioonilise liitium -niobaadilainete väljalaskmise väljalaskmise väljalaskmine, nagu see on näidatud. modulaatori kujundamisel. Seega on kasulik saavutada madalam poolveine pinge ja suurem modulatsiooni ribalaius lühema pikkusega.
Madala kadumise liitium-niobaadi submikron-lainejuhi ilmumine rikub traditsioonilise liitium-niobaadi elektro-optilise modulaatori kõrge sõidupinge kitsaskoha. Elektroodide vahekaugust saab vähendada ~ 5 μm -ni ning kattumine elektrivälja ja optilise režiimi välja vahel on oluliselt suurenenud ning Vπ · L väheneb enam kui 20 V · cm -lt alla 2,8 V · cm. Seetõttu saab sama poollaine pinge all seadme pikkust traditsioonilise modulaatoriga võrreldes oluliselt vähendada. Samal ajal, pärast joonisel näidatud laiuse, paksuse ja intervalli parameetrite optimeerimist, nagu näidatud joonisel, võib modulaatoril olla ülikerge modulatsiooni ribalaiuse võime suurem kui 100 GHz.
Joonis 1 （A） Arvutatud režiimi jaotus ja （B） Pilt LN lainejuhi ristlõikest
Joonis 2 （
Õhukese kile liitium-niobaadi modulaatorite võrdlus traditsiooniliste liitium-niobaadi kommertsmodulaatorite, ränipõhiste modulaatorite ja indiumfosfiidi (INP) modulaatorite ja muude olemasolevate kiirete elektrooptiliste modulaatoritega, võrdlemise peamised parameetrid hõlmavad järgmist:
(1) poollaine pinge pikkusega produkt (Vπ · L, V · cm), mõõtes modulaatori modulatsiooni efektiivsust, mida väiksem on väärtus, seda suurem on modulatsiooni efektiivsus;
(2) 3 dB modulatsiooni ribalaius (GHz), mis mõõdab modulaatori reageerimist kõrgsageduslikele modulatsioonidele;
(3) Optiline sisestamise kadu (DB) modulatsioonipiirkonnas. Tabelist on näha, et õhukese kile liitium-niobaadi modulaatoril on ilmsed eelised modulatsiooni ribalaiuses, poole laine pinges, optilise interpolatsiooni kaotuse ja nii edasi.
Räni, kuna seni on välja töötatud integreeritud optoelektroonika nurgakivi, on protsess küps, selle miniaturiseerimine soodustab aktiivsete/passiivsete seadmete laiaulatuslikku integreerimist ning selle modulaatorit on optilise kommunikatsiooni valdkonnas laialt ja sügavalt uuritud. Räni elektro-optiline modulatsioonimehhanism on peamiselt kandmise hammustamise, kandmise süstimine ja kandja kogunemine. Nende hulgas on modulaatori ribalaius optimaalne lineaarse kraadi kandja kahanemismehhanismiga, kuid kuna optiline välja jaotus kattub kahanemispiirkonna ebaühtlusega, toob see efekt mittelineaarseid teise astme moonutusi ja kolmanda järgu intermodulatsiooni moonutusi, mis on ühendatud kanduri neeldumismõjuga valguse ja moduleerimise korral.
INP modulaatoril on silmapaistvad elektro-optilised efektid ja mitmekihiline kvantkaevu struktuur suudab realiseerida ülikiire kiiruse ja madala sõidupinge modulaatoreid Vπ · L kuni 0,156 V · mm. Kuid murdumisnäitaja variatsioon elektriväljaga hõlmab lineaarset ja mittelineaarset terminit ning elektrivälja intensiivsuse suurenemine muudab teise astme efekti silmapaistvaks. Seetõttu peavad räni ja INP elektro-optilised modulaatorid rakendama eelarvamusi PN ristmiku moodustamiseks nende töötamisel ja PN-ristmik toob päevavalgele neeldumise kadu. Nende kahe modulaatori suurus on siiski väike, kommerts INP modulaatori suurus on 1/4 LN -modulaatorist. Kõrge modulatsiooni efektiivsus, mis sobib suure tihedusega ja lühikese vahemaaga digitaalsete optiliste ülekandevõrkude jaoks, näiteks andmekeskused. Liitium-niobaadi elektro-optiline toime puudub valguse neeldumismehhanism ja madal kadu, mis sobib pika vahemaa jaoks koherentseksoptiline suhtlussuure võimsusega ja kõrge kiirusega. Mikrolaine footoni rakenduses on Si ja INP elektro-optilised koefitsiendid mittelineaarsed, mis ei sobi mikrolaine footonisüsteemi jaoks, mis tegeleb kõrge lineaarsuse ja suure dünaamikaga. Liitium-niobaadimaterjal sobib mikrolaine footoni kasutamiseks väga lineaarse elektro-optilise modulatsiooni koefitsiendi tõttu.
Postiaeg: 22.-22-2024