Yüksek doğrusallıkelektro-optik modülatörve mikrodalga foton uygulaması
İletişim sistemlerinin artan gereksinimleriyle birlikte, sinyallerin iletim verimliliğini daha da artırmak için insanlar tamamlayıcı avantajlar elde etmek için fotonları ve elektronları birleştirecek ve mikrodalga fotoniği doğacak.Elektriğin ışığa dönüştürülmesi için elektro-optik modülatöre ihtiyaç vardır.mikrodalga fotonik sistemlerive bu önemli adım genellikle tüm sistemin performansını belirler.Radyo frekansı sinyalinin optik alana dönüştürülmesi analog bir sinyal işlemi olduğundan ve sıradan olduğundanelektro-optik modülatörlerdoğası gereği doğrusal olmamalarına rağmen, dönüştürme sürecinde ciddi sinyal bozulması söz konusudur.Yaklaşık doğrusal modülasyonu elde etmek için, modülatörün çalışma noktası genellikle dik kutup noktasında sabitlenir, ancak yine de modülatörün doğrusallığı için mikrodalga foton bağlantısının gereksinimlerini karşılayamaz.Yüksek doğrusallığa sahip elektro-optik modülatörlere acilen ihtiyaç duyulmaktadır.
Silikon malzemelerin yüksek hızlı kırılma indisi modülasyonu genellikle serbest taşıyıcı plazma dispersiyon (FCD) etkisiyle elde edilir.Hem FCD etkisi hem de PN bağlantı modülasyonu doğrusal değildir, bu da silikon modülatörünü lityum niyobat modülatöründen daha az doğrusal hale getirir.Lityum niyobat malzemeleri mükemmel performans sergiliyorelektro-optik modülasyonPucker etkisinden dolayı özellikler.Aynı zamanda, lityum niyobat malzemesi, büyük bant genişliği, iyi modülasyon özellikleri, düşük kayıp, kolay entegrasyon ve yarı iletken işlemle uyumluluk, silikonla karşılaştırıldığında yüksek performanslı elektro-optik modülatör yapmak için ince film lityum niyobat kullanımı avantajlarına sahiptir. neredeyse hiç “kısa plaka” yok, aynı zamanda yüksek doğrusallık elde etmek için.İzolatör üzerindeki ince film lityum niyobat (LNOI) elektro-optik modülatörü umut verici bir gelişme yönü haline geldi.İnce film lityum niyobat malzeme hazırlama teknolojisi ve dalga kılavuzu aşındırma teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, ince film lityum niyobat elektro-optik modülatörün yüksek dönüşüm verimliliği ve daha yüksek entegrasyonu, uluslararası akademi ve endüstrinin alanı haline geldi.
İnce film lityum niyobatın özellikleri
Amerika Birleşik Devletleri'nde DAP AR planlaması, lityum niyobat malzemelerine ilişkin şu değerlendirmeyi yapmıştır: Elektronik devrimin merkezine, bunu mümkün kılan silikon malzemenin adı veriliyorsa, o zaman fotonik devrimin doğum yerinin de büyük olasılıkla lityum niyobatın adını alması muhtemeldir. .Bunun nedeni, lityum niyobatın tıpkı optik alanındaki silikon malzemeler gibi elektro-optik etkiyi, akusto-optik etkiyi, piezoelektrik etkiyi, termoelektrik etkiyi ve fotokırılma etkisini bir arada birleştirmesidir.
Optik iletim özellikleri açısından InP malzemesi, yaygın olarak kullanılan 1550nm bandındaki ışığın emilmesinden dolayı çip üzerinde en büyük iletim kaybına sahiptir.SiO2 ve silikon nitrür en iyi iletim özelliklerine sahiptir ve kayıp ~ 0,01dB/cm seviyesine ulaşabilir;Şu anda, ince film lityum niyobat dalga kılavuzunun dalga kılavuzu kaybı 0,03dB/cm seviyesine ulaşabilir ve ince film lityum niyobat dalga kılavuzunun kaybı, teknolojik seviyenin sürekli iyileştirilmesiyle daha da azaltılma potansiyeline sahiptir. gelecek.Bu nedenle ince film lityum niyobat malzemesi fotosentetik yol, şant ve mikro halka gibi pasif ışık yapıları için iyi performans gösterecektir.
Işık üretimi açısından yalnızca InP'nin doğrudan ışık yayma yeteneği vardır;Bu nedenle, mikrodalga fotonlarının uygulanması için, InP bazlı ışık kaynağının, LNOI bazlı fotonik entegre çip üzerine, geri yükleme kaynağı veya epitaksiyel büyüme yoluyla dahil edilmesi gerekmektedir.Işık modülasyonu açısından ince film lityum niyobat malzemesinin daha büyük modülasyon bant genişliği, daha düşük yarım dalga voltajı ve daha düşük iletim kaybı elde etmesinin InP ve Si'ye göre daha kolay olduğu yukarıda vurgulanmıştır.Ayrıca, ince film lityum niyobat malzemelerinin elektro-optik modülasyonunun yüksek doğrusallığı, tüm mikrodalga foton uygulamaları için gereklidir.
Optik yönlendirme açısından, ince film lityum niyobat malzemesinin yüksek hızlı elektro-optik tepkisi, LNOI tabanlı optik anahtarın yüksek hızlı optik yönlendirme anahtarlaması yapabilmesini 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 endüstrilerin katı gereksinimlerine iyi bir şekilde uyarlanmıştır. ölçekli aşamalı dizi sistemi.InP tabanlı optik anahtar aynı zamanda yüksek hızlı optik yol anahtarlamayı da gerçekleştirebilse de, özellikle çok seviyeli optik anahtar basamaklandırıldığında büyük gürültüye neden olacaktır ve gürültü katsayısı ciddi şekilde bozulacaktır.Silikon, SiO2 ve silikon nitrür malzemeler, yüksek güç tüketimi ve yavaş anahtarlama hızı gibi dezavantajlara sahip olan termo-optik etki veya taşıyıcı dağılım etkisi yoluyla optik yolları yalnızca değiştirebilir.Fazlı dizinin dizi boyutu büyük olduğunda güç tüketimi gereksinimlerini karşılayamaz.
Optik amplifikasyon açısındanyarı iletken optik amplifikatör (SOAInP bazlı) ticari kullanım için olgunlaşmıştır, ancak mikrodalga fotonlarının uygulanmasına elverişli olmayan yüksek gürültü katsayısı ve düşük doygunluk çıkış gücü dezavantajlarına sahiptir.Periyodik aktivasyon ve inversiyona dayalı ince film lityum niyobat dalga kılavuzunun parametrik amplifikasyon işlemi, çip üzerinde optik amplifikasyon için entegre mikrodalga foton teknolojisinin gereksinimlerini iyi bir şekilde karşılayabilen, düşük gürültü ve yüksek güçlü çip üzerinde optik amplifikasyon elde edebilir.
Işık tespiti açısından, ince film lityum niyobatın 1550 nm bandındaki ışığa karşı iyi iletim özellikleri vardır.Çip üzerindeki fotoelektrik dönüşümün ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla mikrodalga foton uygulamalarında fotoelektrik dönüşümün işlevi gerçekleştirilemez.InGaAs veya Ge-Si algılama birimlerinin, LNOI tabanlı fotonik entegre çiplere, arka yükleme kaynağı veya epitaksiyel büyüme yoluyla eklenmesi gerekir.Optik fiber ile bağlantı açısından, optik fiberin kendisi SiO2 malzemesi olduğundan, SiO2 dalga kılavuzunun mod alanı, optik fiberin mod alanıyla en yüksek eşleşme derecesine sahiptir ve bağlantı en uygun olanıdır.İnce film lityum niyobatın oldukça kısıtlı dalga kılavuzunun mod alanı çapı yaklaşık 1μm'dir; bu, optik fiberin mod alanından oldukça farklıdır, bu nedenle optik fiberin mod alanına uyacak şekilde uygun mod nokta dönüşümü gerçekleştirilmelidir.
Entegrasyon açısından, çeşitli malzemelerin yüksek entegrasyon potansiyeline sahip olup olmadığı esas olarak dalga kılavuzunun bükülme yarıçapına bağlıdır (dalga kılavuzu mod alanının sınırlamasından etkilenir).Güçlü bir şekilde sınırlandırılmış dalga kılavuzu, yüksek entegrasyonun gerçekleştirilmesine daha elverişli olan daha küçük bir bükülme yarıçapına izin verir.Bu nedenle ince film lityum niyobat dalga kılavuzları yüksek entegrasyon sağlama potansiyeline sahiptir.Bu nedenle, ince film lityum niyobatın görünümü, lityum niyobat malzemesinin gerçekten optik "silikon" rolünü oynamasını mümkün kılar.Mikrodalga fotonların uygulanması için ince film lityum niyobatın avantajları daha açıktır.
Gönderim zamanı: Nis-23-2024