Modulator elektro-optik berprestasi tinggi: modulator litium niobate filem nipis

Modulator elektro-optik berprestasi tinggi:modulator litium niobate filem nipis

Modulator elektro-optik (Modulator EOM) ialah modulator yang dibuat menggunakan kesan elektro-optik kristal elektro-optik tertentu, yang boleh menukar isyarat elektronik berkelajuan tinggi dalam peranti komunikasi kepada isyarat optik. Apabila kristal elektro-optik tertakluk kepada medan elektrik yang dikenakan, indeks biasan kristal elektro-optik akan berubah, dan ciri-ciri gelombang optik kristal juga akan berubah sewajarnya, untuk merealisasikan modulasi amplitud, fasa dan keadaan polarisasi isyarat optik, dan menukar isyarat elektronik berkelajuan tinggi dalam peranti komunikasi kepada isyarat optik melalui modulasi.

Pada masa ini, terdapat tiga jenis utamamodulator elektro-optikdi pasaran: modulator berasaskan silikon, modulator indium fosfida dan filem nipismodulator litium niobateAntaranya, silikon tidak mempunyai pekali elektro-optik langsung, prestasinya lebih umum, hanya sesuai untuk penghasilan modulator modul pemancar data jarak pendek, walaupun indium fosfida sesuai untuk modul pemancar rangkaian komunikasi optik jarak sederhana jauh, tetapi keperluan proses penyepaduan sangat tinggi, kosnya agak tinggi, dan aplikasinya tertakluk kepada batasan tertentu. Sebaliknya, kristal litium niobate bukan sahaja kaya dengan kesan fotoelektrik, kesan fotorefraktif yang ditetapkan, kesan tak linear, kesan elektro-optik, kesan optik akustik, kesan piezoelektrik dan kesan termoelektrik adalah sama dengan satu, dan hasil daripada struktur kekisi dan struktur kecacatan yang kaya, banyak sifat litium niobate boleh dikawal selia dengan ketara oleh komposisi kristal, pendopan unsur, kawalan keadaan valens, dan sebagainya. Mencapai prestasi fotoelektrik yang unggul, seperti pekali elektro-optik sehingga 30.9pm/V, jauh lebih tinggi daripada indium fosfida, dan mempunyai kesan kicauan kecil (kesan kicauan: merujuk kepada fenomena bahawa frekuensi dalam denyut berubah mengikut masa semasa proses penghantaran denyut laser. Kesan kicauan yang lebih besar menghasilkan nisbah isyarat-ke-bunyi yang lebih rendah dan kesan tak linear), nisbah kepupusan yang baik (nisbah kuasa purata keadaan "hidup" isyarat kepada keadaan "mati"), dan kestabilan peranti yang unggul. Di samping itu, mekanisme kerja modulator litium niobate filem nipis adalah berbeza daripada modulator berasaskan silikon dan modulator indium fosfida yang menggunakan kaedah modulasi tak linear, yang menggunakan kesan elektro-optik linear untuk memuatkan isyarat termodulasi elektrik ke pembawa optik, dan kadar modulasi ditentukan terutamanya oleh prestasi elektrod gelombang mikro, jadi kelajuan modulasi dan kelinearan yang lebih tinggi serta penggunaan kuasa yang lebih rendah dapat dicapai. Berdasarkan perkara di atas, litium niobate telah menjadi pilihan ideal untuk penyediaan modulator elektro-optik berprestasi tinggi, yang mempunyai pelbagai aplikasi dalam rangkaian komunikasi optik koheren 100G/400G dan pusat data berkelajuan ultra tinggi, dan boleh mencapai jarak penghantaran yang jauh lebih daripada 100 kilometer.

Litium niobate sebagai bahan subversif "revolusi foton", walaupun berbanding dengan silikon dan indium fosfida mempunyai banyak kelebihan, tetapi ia sering muncul dalam bentuk bahan pukal dalam peranti, cahaya terhad kepada pandu gelombang satah yang dibentuk oleh resapan ion atau pertukaran proton, perbezaan indeks biasan biasanya agak kecil (kira-kira 0.02), saiz peranti agak besar. Sukar untuk memenuhi keperluan pengecilan dan penyepaduanperanti optik, dan barisan pengeluarannya masih berbeza daripada barisan proses mikroelektronik sebenar, dan terdapat masalah kos yang tinggi, jadi pembentukan filem nipis merupakan hala tuju pembangunan penting untuk litium niobate yang digunakan dalam modulator elektro-optik.