Liniaritate înaltăModulator electro-opticși aplicația cu microunde foton
Odată cu cerințele din ce în ce mai mari ale sistemelor de comunicare, pentru a îmbunătăți în continuare eficiența de transmisie a semnalelor, oamenii vor fuziona fotoni și electroni pentru a obține avantaje complementare și se vor naște fotonica cu microunde. Modulatorul electro-optic este necesar pentru conversia energiei electrice în luminăSisteme fotonice cu microunde, iar acest pas cheie determină de obicei performanța întregului sistem. Deoarece conversia semnalului de frecvență radio în domeniul optic este un proces de semnal analogic și obișnuitModulatoare electro-opticeau neliniaritate inerentă, există o distorsiune gravă a semnalului în procesul de conversie. Pentru a obține o modulare liniară aproximativă, punctul de funcționare al modulatorului este de obicei fixat la punctul de prejudecată ortogonală, dar încă nu poate îndeplini cerințele legăturii cu foton cu microunde pentru liniaritatea modulatorului. Modulatoarele electro-optice cu liniaritate ridicată sunt necesare urgent.
Modularea indicelui de refracție de mare viteză a materialelor de siliciu este de obicei obținută prin efectul de dispersie plasmatică liberă (FCD). Atât efectul FCD, cât și modularea joncțiunii PN sunt neliniare, ceea ce face ca modulatorul de siliciu să fie mai puțin liniar decât modulatorul niobat de litiu. Materialele niobatului de litiu prezintă excelentModulație electro-opticăproprietăți datorate efectului lor de pucker. În același timp, materialul niobat de litiu are avantajele lățimii mari de bandă, caracteristicile bune de modulare, pierderi scăzute, integrare ușoară și compatibilitate cu procesul semiconductor, utilizarea niobatului de litiu cu film subțire pentru a face modulator electro-optic de înaltă performanță, în comparație cu siliconul aproape nici o „farfurie scurtă”, dar și pentru a obține o linie de înaltă linie. Modulatorul electro-optic de litiu cu film subțire (LNOI) pe izolator a devenit o direcție de dezvoltare promițătoare. Odată cu dezvoltarea tehnologiei de preparare a materialelor de litiu subțire de litiu și tehnologie de gravură pentru ghiduri de undă, eficiența ridicată a conversiei și integrarea mai mare a modulatorului electro-optic de litiu subțire litiu niobate a devenit domeniul academiei și industriei internaționale.
Caracteristicile niobatei de litiu cu film subțire
În Statele Unite, planificarea DAP AR a făcut următoarea evaluare a materialelor niobate de litiu: dacă centrul revoluției electronice este numit după materialul de siliciu care îl face posibil, atunci locul de naștere al revoluției fotonice este probabil să fie numit după niobat de litiu. Acest lucru se datorează faptului că niobatul de litiu integrează efectul electro-optic, efectul acusto-optic, efectul piezoelectric, efectul termoelectric și efectul fotorefractiv într-unul, la fel ca materialele de siliciu în domeniul opticii.
În ceea ce privește caracteristicile de transmisie optică, materialul INP are cea mai mare pierdere de transmisie pe cip din cauza absorbției luminii în banda de 1550 nm utilizată în mod obișnuit. SiO2 și nitrura de siliciu au cele mai bune caracteristici de transmisie, iar pierderea poate atinge nivelul de ~ 0,01DB/cm; În prezent, pierderea ghidului de undă a ghidului de undă de niobat de litiu cu film subțire poate atinge nivelul de 0,03DB/cm, iar pierderea ghidului de undă de niobat de litiu cu film subțire are potențialul de a fi redus în continuare odată cu îmbunătățirea continuă a nivelului tehnologic în viitor. Prin urmare, materialul niobat de litiu cu film subțire va arăta performanțe bune pentru structuri de lumină pasivă, cum ar fi calea fotosintetică, șunt și microring.
În ceea ce privește generarea de lumină, numai INP are capacitatea de a emite lumină direct; Prin urmare, pentru aplicarea fototonilor cu microunde, este necesar să se introducă sursa de lumină bazată pe INP pe cipul integrat fotonic bazat pe LNOI, prin modul de sudură sau creștere epitaxială. În ceea ce privește modularea luminii, s-a subliniat deasupra că materialul niobat de litiu cu film subțire este mai ușor de obținut o lățime de bandă de modulare mai mare, o tensiune mai mică cu jumătate de undă și pierderi mai mici de transmisie decât INP și SI. Mai mult decât atât, liniaritatea ridicată a modulării electro-optice a materialelor niobate cu litiu cu film subțire este esențială pentru toate aplicațiile cu fotoni cu microunde.
În ceea ce privește rutarea optică, răspunsul electro-optic de mare viteză a materialului niobat de litiu cu film subțire face ca întrerupătorul optic bazat pe LNOI capabil să se comută de rutare optică de mare viteză, iar consumul de energie al unei astfel de comutări de mare viteză este, de asemenea, foarte scăzut. Pentru aplicarea tipică a tehnologiei integrate de foton cu microunde, cipul de formare a fasciculului controlat optic are capacitatea de a comuta de mare viteză pentru a răspunde nevoilor de scanare a fasciculului rapid, iar caracteristicile consumului de energie ultra-scăzut sunt bine adaptate la cerințele stricte ale sistemului de tablă pe scară largă. Deși întrerupătorul optic bazat pe INP poate realiza, de asemenea, comutarea căii optice de mare viteză, acesta va introduce zgomot mare, mai ales atunci când comutatorul optic pe mai multe niveluri este în cascadă, coeficientul de zgomot va fi grav deteriorat. Materialele de siliciu, SiO2 și siliciu de nitrură pot comuta doar căile optice prin efectul termo-optic sau efectul de dispersie a purtătorului, care are dezavantajele consumului ridicat de energie și viteza de comutare lentă. Când dimensiunea tabloului din tabloul de etape este mare, nu poate îndeplini cerințele consumului de energie.
În ceea ce privește amplificarea optică,Amplificator optic semiconductor (SOA) Pe baza INP a fost matură pentru uz comercial, dar are dezavantajele coeficientului de zgomot ridicat și puterea de ieșire scăzută de saturație, ceea ce nu propune aplicarea fototonilor cu microunde. Procesul de amplificare parametrică a ghidului de undă niobat de litiu cu film subțire bazat pe activarea periodică și inversarea poate obține un zgomot redus și o amplificare optică de mare putere pe cip, care poate satisface cerințele tehnologiei integrate de foton cu microunde pentru amplificarea optică pe cip.
În ceea ce privește detectarea luminii, niobatul de litiu cu film subțire are caracteristici bune de transmisie la lumină în banda de 1550 nm. Funcția conversiei fotoelectrice nu poate fi realizată, astfel încât pentru aplicațiile cu foton cu microunde, pentru a răspunde nevoilor conversiei fotoelectrice pe cip. IngeaAs sau unitățile de detectare GE-Si trebuie introduse pe cipuri integrate fotonice bazate pe LNOI prin sudare de spate sau creștere epitaxială. În ceea ce privește cuplarea cu fibra optică, deoarece fibra optică în sine este materialul SiO2, câmpul de mod a ghidului de undă SiO2 are cel mai mare grad de potrivire cu câmpul de mod al fibrei optice, iar cuplarea este cel mai convenabil. Diametrul câmpului modului de ghid de undă puternic restrâns al niobatului de litiu cu film subțire este de aproximativ 1μm, care este destul de diferit de câmpul modului de fibră optică, astfel încât transformarea adecvată a modului trebuie să se realizeze pentru a se potrivi cu câmpul modului de fibră optică.
În ceea ce privește integrarea, dacă diverse materiale au un potențial ridicat de integrare depinde în principal de raza de îndoire a ghidului de undă (afectată de limitarea câmpului modului ghidului de undă). Ghidul de undă puternic restrâns permite o rază de îndoire mai mică, care este mai favorabilă realizării unei integrări ridicate. Prin urmare, ghidurile de undă ale niobatului de litiu cu film subțire au potențialul de a obține o integrare ridicată. Prin urmare, apariția niobatului de litiu cu film subțire face posibilă ca materialul niobat de litiu să joace cu adevărat rolul de „siliciu” optic. Pentru aplicarea fototonilor cu microunde, avantajele niobatului de litiu cu film subțire sunt mai evidente.
Timpul post: 23-2024 aprilie