Kelebihan dan Kepentingan Lithium Niobate Filem Tipis dalam Teknologi Foton Mikro Bersepadu
Teknologi foton gelombang mikromempunyai kelebihan jalur lebar kerja yang besar, keupayaan pemprosesan selari yang kuat dan kehilangan penghantaran yang rendah, yang berpotensi untuk memecahkan kesesakan teknikal sistem gelombang mikro tradisional dan meningkatkan prestasi peralatan maklumat elektronik tentera seperti radar, peperangan elektronik, komunikasi dan pengukuran dan kawalan. Walau bagaimanapun, sistem foton gelombang mikro berdasarkan peranti diskret mempunyai beberapa masalah seperti jumlah besar, berat berat dan kestabilan yang lemah, yang secara serius menyekat penggunaan teknologi foton gelombang mikro di platform angkasa dan udara. Oleh itu, teknologi foton gelombang mikro bersepadu menjadi sokongan penting untuk memecahkan aplikasi foton gelombang mikro dalam sistem maklumat elektronik tentera dan memberi permainan penuh kepada kelebihan teknologi foton gelombang mikro.
Pada masa ini, teknologi integrasi fotonik berasaskan SI dan teknologi integrasi fotonik berasaskan INP telah menjadi semakin matang selepas bertahun-tahun pembangunan dalam bidang komunikasi optik, dan banyak produk telah dimasukkan ke dalam pasaran. Walau bagaimanapun, untuk penerapan foton gelombang mikro, terdapat beberapa masalah dalam kedua-dua jenis teknologi integrasi foton: contohnya, pekali elektro-optik bukan linear modulator SI dan modulator INP adalah bertentangan dengan lineariti yang tinggi dan ciri-ciri dinamik yang besar yang dijalankan oleh teknologi foton mikro; Sebagai contoh, suis optik silikon yang menyedari penukaran laluan optik, sama ada berdasarkan kesan haba-optik, kesan piezoelektrik, atau kesan penyebaran suntikan pembawa, mempunyai masalah kelajuan beralih perlahan, penggunaan kuasa dan penggunaan haba, yang tidak dapat memenuhi pengimbasan rasuk cepat dan aplikasi foton gelombang mikro yang besar.
Lithium Niobate selalu menjadi pilihan pertama untuk kelajuan tinggimodulasi elektro-optikBahan kerana kesan elektro-optik linear yang sangat baik. Walau bagaimanapun, lithium niobate tradisionalmodulator elektro-optikdiperbuat daripada bahan kristal lithium niobate yang besar, dan saiz peranti sangat besar, yang tidak dapat memenuhi keperluan teknologi foton gelombang mikro bersepadu. Bagaimana untuk mengintegrasikan bahan lithium niobate dengan pekali elektro-optik linear ke dalam sistem teknologi foton gelombang mikro bersepadu telah menjadi matlamat penyelidik yang relevan. Pada tahun 2018, sebuah pasukan penyelidikan dari Universiti Harvard di Amerika Syarikat mula-mula melaporkan teknologi integrasi fotonik berdasarkan filem nipis niobat niobate, kerana teknologi mempunyai kelebihan integrasi yang tinggi, jalur lebar modulasi elektro-optik yang besar, dan lineariti yang tinggi, Dari perspektif aplikasi foton gelombang mikro, makalah ini mengkaji pengaruh dan kepentingan teknologi integrasi foton berdasarkan filem nipis lithium niobate pada pembangunan teknologi foton gelombang mikro.
Filem Lithium Niobate Tipis dan Filem TipisModulator lithium niobate
Dalam dua tahun kebelakangan ini, satu jenis bahan lithium niobate baru telah muncul, iaitu, filem litium niobate dikeluarkan dari kristal lithium niobate yang besar dengan kaedah "onise film. Waveguides gelombang rabung dengan ketinggian lebih daripada 100 nanometer boleh terukir pada bahan nipis nipis niobate bahan -bahan dengan proses etsa kering yang dioptimumkan, dan perbezaan indeks biasan yang berkesan dari gelombang gelombang yang terbentuk dapat mencapai lebih dari 0.8 (jauh lebih tinggi daripada perbezaan litium tradisional niobate. medan gelombang mikro ketika merancang modulator. Oleh itu, adalah bermanfaat untuk mencapai voltan separuh gelombang yang lebih rendah dan jalur lebar modulasi yang lebih besar dalam panjang yang lebih pendek.
Kemunculan kehilangan lithium niobate submicron gelombang submicron memecahkan hambatan voltan memandu tinggi lithium tradisional niobate modulator elektro-optik. Jarak elektrod boleh dikurangkan kepada ~ 5 μm, dan tumpang tindih antara medan elektrik dan medan mod optik sangat meningkat, dan Vπ · L berkurangan daripada lebih daripada 20 V · cm hingga kurang daripada 2.8 V · cm. Oleh itu, di bawah voltan separuh gelombang yang sama, panjang peranti boleh dikurangkan berbanding dengan modulator tradisional. Pada masa yang sama, selepas mengoptimumkan parameter lebar, ketebalan dan selang elektrod gelombang perjalanan, seperti yang ditunjukkan dalam angka, modulator boleh mempunyai keupayaan jalur lebar modulasi ultra tinggi lebih besar daripada 100 GHz.
Rajah.1 (A) Pengagihan mod yang dikira dan (B) imej keratan rentas ln gelombang gelombang
Rajah.2 (A) Struktur gelombang dan elektrod dan (b) coreplate modulator LN
Perbandingan modulator lithium niobate filem nipis dengan modulator komersial litium niobate tradisional, modulator berasaskan silikon dan modulator indium fosfida (INP) dan modulator elektro-optik berkelajuan tinggi yang sedia ada, parameter utama perbandingan termasuk:
(1) produk voltan panjang gelombang separuh (vπ · l, v · cm), mengukur kecekapan modulasi modulator, semakin kecil nilai, semakin tinggi kecekapan modulasi;
(2) 3 DB Bandwidth Modulasi (GHz), yang mengukur tindak balas modulator kepada modulasi frekuensi tinggi;
(3) kehilangan sisipan optik (dB) di rantau modulasi. Ia dapat dilihat dari meja bahawa modulator lithium niobate filem nipis mempunyai kelebihan yang jelas dalam jalur lebar modulasi, voltan separuh gelombang, kehilangan interpolasi optik dan sebagainya.
Silicon, sebagai asas optoelektronik bersepadu, telah dibangunkan setakat ini, prosesnya matang, pengurangannya adalah kondusif untuk integrasi besar-besaran peranti aktif/pasif, dan pengubahsuaiannya telah banyak dan sangat dikaji dalam bidang komunikasi optik. Mekanisme modulasi elektro-optik silikon adalah terutamanya pengangkut pembawa, suntikan pembawa dan pengumpulan pembawa. Antaranya, jalur lebar modulator adalah optimum dengan mekanisme pengurangan pembawa linear, tetapi kerana pengagihan medan optik bertindih dengan keseragaman yang tidak sifar dari rantau penipisan, kesan ini akan memperkenalkan distorsi perintah kedua-dua dan pengaliran yang ditambah dengan pengalihan terhadap pengaliran. Penyimpangan.
Modulator INP mempunyai kesan elektro-optik yang luar biasa, dan struktur baik kuantum multi-lapisan dapat merealisasikan modulator voltan kadar ultra tinggi dan rendah dengan Vπ · L sehingga 0.156V · mm. Walau bagaimanapun, variasi indeks biasan dengan medan elektrik termasuk istilah linear dan tak linear, dan peningkatan intensiti medan elektrik akan menjadikan kesan pesanan kedua menonjol. Oleh itu, modulator elektro-optik silikon dan INP perlu menggunakan kecenderungan untuk membentuk persimpangan PN apabila mereka bekerja, dan persimpangan PN akan membawa kehilangan penyerapan kepada cahaya. Walau bagaimanapun, saiz modulator kedua -dua ini adalah kecil, saiz modulator INP komersial adalah 1/4 daripada modulator LN. Kecekapan modulasi yang tinggi, sesuai untuk ketumpatan tinggi dan rangkaian transmisi optik digital jarak pendek seperti pusat data. Kesan elektro-optik lithium niobate tidak mempunyai mekanisme penyerapan cahaya dan kehilangan rendah, yang sesuai untuk koheren jarak jauhkomunikasi optikdengan kapasiti yang besar dan kadar yang tinggi. Dalam aplikasi foton gelombang mikro, pekali elektro-optik Si dan INP adalah tidak linear, yang tidak sesuai untuk sistem foton gelombang mikro yang mengejar lineariti tinggi dan dinamik besar. Bahan litium niobate sangat sesuai untuk aplikasi foton gelombang mikro kerana pekali modulasi elektro-optik yang sepenuhnya linear.
Masa Post: Apr-22-2024