Modulator elektrooptik litium niobate filem nipis bersepadu yang lebih tinggi

Kelinearan tinggimodulator elektro-optikdan aplikasi foton gelombang mikro
Dengan keperluan sistem komunikasi yang semakin meningkat, untuk meningkatkan lagi kecekapan penghantaran isyarat, orang ramai akan menggabungkan foton dan elektron untuk mencapai kelebihan pelengkap, dan fotonik gelombang mikro akan dilahirkan. Modulator elektro-optik diperlukan untuk penukaran elektrik kepada cahaya masuksistem fotonik gelombang mikro, dan langkah utama ini biasanya menentukan prestasi keseluruhan sistem. Oleh kerana penukaran isyarat frekuensi radio kepada domain optik adalah proses isyarat analog, dan biasamodulator elektro-optikmempunyai ketaklinearan yang wujud, terdapat herotan isyarat yang serius dalam proses penukaran. Untuk mencapai modulasi linear anggaran, titik kendalian modulator biasanya ditetapkan pada titik pincang ortogon, tetapi ia masih tidak dapat memenuhi keperluan pautan foton gelombang mikro untuk kelinearan modulator. Modulator elektro-optik dengan kelinearan tinggi diperlukan segera.

Modulasi indeks biasan berkelajuan tinggi bahan silikon biasanya dicapai oleh kesan penyebaran plasma pembawa bebas (FCD). Kedua-dua kesan FCD dan modulasi simpang PN adalah tak linear, yang menjadikan modulator silikon kurang linear daripada modulator lithium niobate. Bahan litium niobate mempamerkan cemerlangmodulasi elektro-optiksifat kerana kesan Pucker mereka. Pada masa yang sama, bahan litium niobate mempunyai kelebihan lebar jalur yang besar, ciri modulasi yang baik, kehilangan rendah, penyepaduan mudah dan keserasian dengan proses semikonduktor, penggunaan litium niobate filem nipis untuk membuat modulator elektro-optik berprestasi tinggi, berbanding dengan silikon hampir tiada "plat pendek", tetapi juga untuk mencapai kelinearan yang tinggi. Modulator elektro-optik litium niobate filem nipis (LNOI) pada penebat telah menjadi arah pembangunan yang menjanjikan. Dengan pembangunan teknologi penyediaan bahan litium niobate filem nipis dan teknologi etsa pandu gelombang, kecekapan penukaran yang tinggi dan penyepaduan yang lebih tinggi bagi modulator elektro-optik litium niobate filem nipis telah menjadi bidang akademik dan industri antarabangsa.

Ciri-ciri litium niobate filem nipis
Di Amerika Syarikat, perancangan AR DAP telah membuat penilaian berikut bagi bahan lithium niobate: jika pusat revolusi elektronik dinamakan sempena bahan silikon yang memungkinkan, maka tempat kelahiran revolusi fotonik berkemungkinan dinamakan sempena lithium niobate. . Ini kerana litium niobate mengintegrasikan kesan elektro-optik, kesan akusto-optik, kesan piezoelektrik, kesan termoelektrik dan kesan fotorefraktif dalam satu, sama seperti bahan silikon dalam bidang optik.

Dari segi ciri penghantaran optik, bahan InP mempunyai kehilangan penghantaran pada cip terbesar disebabkan oleh penyerapan cahaya dalam jalur 1550nm yang biasa digunakan. SiO2 dan silikon nitrida mempunyai ciri penghantaran terbaik, dan kehilangan boleh mencapai tahap ~ 0.01dB/cm; Pada masa ini, kehilangan pandu gelombang litium niobate filem nipis boleh mencapai tahap 0.03dB/cm, dan kehilangan pandu gelombang litium niobate filem nipis berpotensi untuk dikurangkan lagi dengan peningkatan berterusan tahap teknologi dalam masa hadapan. Oleh itu, bahan litium niobate filem nipis akan menunjukkan prestasi yang baik untuk struktur cahaya pasif seperti laluan fotosintesis, shunt dan mikroring.

Dari segi penjanaan cahaya, hanya InP yang mempunyai keupayaan untuk memancarkan cahaya secara langsung; Oleh itu, untuk aplikasi foton gelombang mikro, adalah perlu untuk memperkenalkan sumber cahaya berasaskan InP pada cip bersepadu fotonik berasaskan LNOI dengan cara mengimpal muatan balik atau pertumbuhan epitaxial. Dari segi modulasi cahaya, telah ditekankan di atas bahawa bahan litium niobate filem nipis lebih mudah untuk mencapai lebar jalur modulasi yang lebih besar, voltan separuh gelombang yang lebih rendah dan kehilangan penghantaran yang lebih rendah daripada InP dan Si. Selain itu, lineariti tinggi modulasi elektro-optik bahan litium niobate filem nipis adalah penting untuk semua aplikasi foton gelombang mikro.

Dari segi penghalaan optik, tindak balas elektro-optik berkelajuan tinggi bahan litium niobate filem nipis menjadikan suis optik berasaskan LNOI mampu menukar penghalaan optik berkelajuan tinggi, dan penggunaan kuasa pensuisan berkelajuan tinggi sedemikian juga sangat rendah. Untuk aplikasi tipikal teknologi foton gelombang mikro bersepadu, cip pembentuk rasuk yang dikawal secara optik mempunyai keupayaan pensuisan berkelajuan tinggi untuk memenuhi keperluan pengimbasan rasuk pantas, dan ciri penggunaan kuasa ultra rendah disesuaikan dengan keperluan ketat yang besar. -sistem tatasusunan berperingkat skala. Walaupun suis optik berasaskan InP juga boleh merealisasikan pensuisan laluan optik berkelajuan tinggi, ia akan memperkenalkan bunyi yang besar, terutamanya apabila suis optik berbilang peringkat dilantunkan, pekali hingar akan merosot dengan serius. Bahan silikon, SiO2 dan silikon nitrida hanya boleh menukar laluan optik melalui kesan termo-optik atau kesan penyebaran pembawa, yang mempunyai kelemahan penggunaan kuasa tinggi dan kelajuan pensuisan yang perlahan. Apabila saiz tatasusunan tatasusunan berperingkat besar, ia tidak dapat memenuhi keperluan penggunaan kuasa.

Dari segi penguatan optik, yangpenguat optik semikonduktor (SOA) berdasarkan InP telah matang untuk kegunaan komersil, tetapi ia mempunyai kelemahan pekali hingar yang tinggi dan kuasa keluaran tepu yang rendah, yang tidak kondusif untuk penggunaan foton gelombang mikro. Proses penguatan parametrik pandu gelombang litium niobate filem nipis berdasarkan pengaktifan dan penyongsangan berkala boleh mencapai bunyi rendah dan penguatan optik pada cip berkuasa tinggi, yang boleh memenuhi keperluan teknologi foton gelombang mikro bersepadu untuk penguatan optik pada cip.

Dari segi pengesanan cahaya, filem nipis lithium niobate mempunyai ciri penghantaran yang baik kepada cahaya dalam jalur 1550 nm. Fungsi penukaran fotoelektrik tidak dapat direalisasikan, jadi untuk aplikasi foton gelombang mikro, untuk memenuhi keperluan penukaran fotoelektrik pada cip. Unit pengesanan InGaAs atau Ge-Si perlu diperkenalkan pada cip bersepadu fotonik berasaskan LNOI dengan memuatkan semula kimpalan atau pertumbuhan epitaxial. Dari segi gandingan dengan gentian optik, kerana gentian optik itu sendiri adalah bahan SiO2, medan mod pandu gelombang SiO2 mempunyai tahap padanan tertinggi dengan medan mod gentian optik, dan gandingan adalah yang paling mudah. Diameter medan mod bagi pandu gelombang filem nipis litium niobate yang sangat terhad adalah kira-kira 1μm, yang agak berbeza daripada medan mod gentian optik, jadi transformasi titik mod yang betul mesti dijalankan untuk memadankan medan mod gentian optik.

Dari segi integrasi, sama ada pelbagai bahan mempunyai potensi integrasi yang tinggi bergantung terutamanya pada jejari lentur pandu gelombang (dijejaskan oleh pengehadan medan mod pandu gelombang). Pandu gelombang yang sangat terhad membolehkan jejari lentur yang lebih kecil, yang lebih kondusif untuk merealisasikan integrasi tinggi. Oleh itu, pandu gelombang litium niobate filem nipis berpotensi untuk mencapai integrasi yang tinggi. Oleh itu, penampilan litium niobate filem nipis membolehkan bahan litium niobate benar-benar memainkan peranan "silikon" optik. Untuk aplikasi foton gelombang mikro, kelebihan litium niobate filem nipis adalah lebih jelas.