Yüksek entegre ince film lityum niyobat elektro-optik modülatör

Yüksek doğrusallıkelektro-optik modülatörve mikrodalga foton uygulaması
İletişim sistemlerinin artan gereksinimleriyle birlikte, sinyallerin iletim verimliliğini daha da iyileştirmek için insanlar fotonları ve elektronları birleştirerek tamamlayıcı avantajlar elde edecek ve mikrodalga fotonik doğacaktır. Elektro-optik modülatör, elektriğin ışığa dönüştürülmesi için gereklidirmikrodalga fotonik sistemlerive bu temel adım genellikle tüm sistemin performansını belirler. Radyo frekans sinyalinin optik alana dönüştürülmesi bir analog sinyal işlemi olduğundan ve sıradanelektro-optik modülatörlerdoğal doğrusal olmayanlığa sahip, dönüşüm sürecinde ciddi sinyal bozulması var. Yaklaşık doğrusal modülasyon elde etmek için, modülatörün çalışma noktası genellikle ortogonal önyargı noktasında sabitlenir, ancak yine de modülatörün doğrusallığı için mikrodalga foton bağlantısının gereksinimlerini karşılayamaz. Yüksek doğrusallığa sahip elektro-optik modülatörlere acilen ihtiyaç duyulmaktadır.

Silisyum malzemelerin yüksek hızlı kırılma indisi modülasyonu genellikle serbest taşıyıcı plazma dağılımı (FCD) etkisiyle elde edilir. Hem FCD etkisi hem de PN bağlantı modülasyonu doğrusal değildir, bu da silisyum modülatörü lityum niyobat modülatöründen daha az doğrusal hale getirir. Lityum niyobat malzemeleri mükemmelelektro-optik modülasyonPucker etkisi nedeniyle özellikler. Aynı zamanda, lityum niyobat malzemesi büyük bant genişliği, iyi modülasyon özellikleri, düşük kayıp, kolay entegrasyon ve yarı iletken işlemiyle uyumluluk, yüksek performanslı elektro-optik modülatör yapmak için ince film lityum niyobat kullanımı, silikonla karşılaştırıldığında neredeyse hiç "kısa plaka" olmaması, aynı zamanda yüksek doğrusallığa ulaşma avantajlarına sahiptir. Yalıtkan üzerindeki ince film lityum niyobat (LNOI) elektro-optik modülatör, umut verici bir geliştirme yönü haline gelmiştir. İnce film lityum niyobat malzeme hazırlama teknolojisi ve dalga kılavuzu aşındırma teknolojisinin geliştirilmesiyle, ince film lityum niyobat elektro-optik modülatörün yüksek dönüşüm verimliliği ve daha yüksek entegrasyonu uluslararası akademi ve endüstrinin alanı haline gelmiştir.

İnce film lityum niyobatın özellikleri
Amerika Birleşik Devletleri'nde DAP AR planlaması lityum niyobat malzemeleri için şu değerlendirmeyi yapmıştır: elektronik devrimin merkezi, onu mümkün kılan silikon malzemeye göre isimlendirilirse, fotonik devrimin doğum yeri de muhtemelen lityum niyobata göre isimlendirilecektir. Bunun nedeni, lityum niyobatın optik alanındaki silikon malzemeler gibi elektro-optik etki, akusto-optik etki, piezoelektrik etki, termoelektrik etki ve fotorefraktif etkiyi bir arada entegre etmesidir.

Optik iletim özellikleri açısından, InP malzemesi, yaygın olarak kullanılan 1550 nm bandında ışığın emilimi nedeniyle çip üzerinde en büyük iletim kaybına sahiptir. SiO2 ve silisyum nitrür en iyi iletim özelliklerine sahiptir ve kayıp ~ 0,01 dB/cm seviyesine ulaşabilir; Şu anda, ince film lityum niyobat dalga kılavuzunun dalga kılavuzu kaybı 0,03 dB/cm seviyesine ulaşabilir ve ince film lityum niyobat dalga kılavuzunun kaybı, gelecekte teknolojik seviyenin sürekli iyileştirilmesiyle daha da azaltılma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle, ince film lityum niyobat malzemesi, fotosentetik yol, şönt ve mikro halka gibi pasif ışık yapıları için iyi bir performans gösterecektir.

Işık üretimi açısından, yalnızca InP ışığı doğrudan yayma yeteneğine sahiptir; bu nedenle, mikrodalga fotonlarının uygulanması için, InP tabanlı ışık kaynağının LNOI tabanlı fotonik entegre çip üzerine geri yükleme kaynağı veya epitaksiyel büyüme yoluyla tanıtılması gerekir. Işık modülasyonu açısından, yukarıda ince film lityum niyobat malzemesinin InP ve Si'den daha büyük modülasyon bant genişliği, daha düşük yarım dalga voltajı ve daha düşük iletim kaybına ulaşmasının daha kolay olduğu vurgulanmıştır. Dahası, ince film lityum niyobat malzemelerinin elektro-optik modülasyonunun yüksek doğrusallığı tüm mikrodalga foton uygulamaları için esastır.

Optik yönlendirme açısından, ince film lityum niyobat malzemesinin yüksek hızlı elektro-optik tepkisi, LNOI tabanlı optik anahtarın yüksek hızlı optik yönlendirme anahtarlamasına sahip olmasını sağlar ve bu tür yüksek hızlı anahtarlamanın güç tüketimi de çok düşüktür. Entegre mikrodalga foton teknolojisinin tipik uygulaması için, optik olarak kontrol edilen ışın oluşturma çipi, hızlı ışın taramasının ihtiyaçlarını karşılamak için yüksek hızlı anahtarlama yeteneğine sahiptir ve ultra düşük güç tüketimi özellikleri, büyük ölçekli faz dizili sistemin katı gereksinimlerine iyi uyarlanmıştır. InP tabanlı optik anahtar da yüksek hızlı optik yol anahtarlamasını gerçekleştirebilmesine rağmen, özellikle çok seviyeli optik anahtar basamaklandırıldığında büyük gürültüye neden olur, gürültü katsayısı ciddi şekilde bozulur. Silisyum, SiO2 ve silisyum nitrür malzemeleri, optik yolları yalnızca yüksek güç tüketimi ve yavaş anahtarlama hızı dezavantajlarına sahip olan termo-optik etki veya taşıyıcı dispersiyon etkisi yoluyla değiştirebilir. Fazlı dizinin dizi boyutu büyük olduğunda, güç tüketimi gereksinimlerini karşılayamaz.

Optik amplifikasyon açısından,yarı iletken optik amplifikatör (SOA) InP tabanlı ticari kullanım için olgunlaşmıştır, ancak yüksek gürültü katsayısı ve düşük doygunluk çıkış gücü dezavantajlarına sahiptir ve bu da mikrodalga fotonlarının uygulanmasına elverişli değildir. Periyodik aktivasyon ve inversiyona dayalı ince film lityum niyobat dalga kılavuzunun parametrik amplifikasyon süreci, çip üzerinde optik amplifikasyon için entegre mikrodalga foton teknolojisinin gereksinimlerini iyi karşılayabilen düşük gürültü ve yüksek güç çip üzerinde optik amplifikasyon elde edebilir.

Işık algılama açısından, ince film lityum niyobat 1550 nm bandında ışığa karşı iyi iletim özelliklerine sahiptir. Fotoelektrik dönüşüm işlevi gerçekleştirilemez, bu nedenle mikrodalga foton uygulamaları için, çip üzerindeki fotoelektrik dönüşüm ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla. LNOI tabanlı fotonik entegre çiplere geri yükleme kaynağı veya epitaksiyel büyüme yoluyla InGaAs veya Ge-Si algılama ünitelerinin tanıtılması gerekir. Optik fiber ile kuplaj açısından, optik fiberin kendisi SiO2 malzemesi olduğundan, SiO2 dalga kılavuzunun mod alanı optik fiberin mod alanı ile en yüksek eşleşme derecesine sahiptir ve kuplaj en uygundur. İnce film lityum niyobatın güçlü bir şekilde kısıtlanmış dalga kılavuzunun mod alanı çapı yaklaşık 1μm'dir, bu optik fiberin mod alanından oldukça farklıdır, bu nedenle optik fiberin mod alanıyla eşleşmesi için uygun mod nokta dönüşümü gerçekleştirilmelidir.

Entegrasyon açısından, çeşitli malzemelerin yüksek bir entegrasyon potansiyeline sahip olup olmadığı esas olarak dalga kılavuzunun bükülme yarıçapına bağlıdır (dalga kılavuzu mod alanının sınırlamasından etkilenir). Güçlü bir şekilde kısıtlanmış dalga kılavuzu, yüksek entegrasyonun gerçekleştirilmesine daha elverişli olan daha küçük bir bükülme yarıçapına izin verir. Bu nedenle, ince film lityum niyobat dalga kılavuzları yüksek entegrasyona ulaşma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle, ince film lityum niyobatın ortaya çıkması, lityum niyobat malzemesinin gerçekten optik "silikon" rolünü oynamasını mümkün kılar. Mikrodalga fotonlarının uygulanması için, ince film lityum niyobatın avantajları daha açıktır.