Modulador electroòptic d'alt rendiment: modulador de niobat de liti de pel·lícula fina

Modulador electroòptic d'alt rendiment:modulador de niobat de liti de pel·lícula fina

Un modulador electroòptic (Modulador EOM) és un modulador fabricat mitjançant l'efecte electroòptic de certs cristalls electroòptics, que poden convertir senyals electrònics d'alta velocitat en dispositius de comunicació en senyals òptics. Quan el cristall electroòptic se sotmet a un camp elèctric aplicat, l'índex de refracció del cristall electroòptic canviarà i les característiques de l'ona òptica del cristall també canviaran en conseqüència, per tal de realitzar la modulació de l'amplitud, la fase i l'estat de polarització del senyal òptic i convertir el senyal electrònic d'alta velocitat en el dispositiu de comunicació en un senyal òptic mitjançant la modulació.

Actualment, hi ha tres tipus principals demoduladors electroòpticsal mercat: moduladors basats en silici, moduladors de fosfur d'indi i moduladors de pel·lícula finamodulador de niobat de litiEntre ells, el silici no té un coeficient electroòptic directe, el rendiment és més general, només és adequat per a la producció de mòduls transceptors de transmissió de dades de curta distància, tot i que el fosfur d'indi és adequat per a mòduls transceptors de xarxes de comunicació òptica de mitjana-llarga distància, però els requisits del procés d'integració són extremadament alts, el cost és relativament alt i l'aplicació està subjecta a certes limitacions. En canvi, el cristall de niobat de liti no només és ric en efecte fotoelèctric, sinó que també té un efecte fotorefractiu, un efecte no lineal, un efecte electroòptic, un efecte òptic acústic, un efecte piezoelèctric i un efecte termoelèctric iguals a un, i gràcies a la seva estructura de xarxa i la seva rica estructura de defectes, moltes propietats del niobat de liti es poden regular en gran mesura mitjançant la composició del cristall, el dopatge d'elements, el control de l'estat de valència, etc. Aconsegueix un rendiment fotoelèctric superior, com ara un coeficient electroòptic de fins a 30,9 pm/V, significativament més alt que el fosfur d'indi, i té un petit efecte de xirp (efecte xirp: es refereix al fenomen que la freqüència dins del pols canvia amb el temps durant el procés de transmissió del pols làser. Un efecte xirp més gran resulta en una relació senyal-soroll més baixa i un efecte no lineal), una bona relació d'extinció (la relació de potència mitjana de l'estat "activat" del senyal al seu estat "apagat") i una estabilitat superior del dispositiu. A més, el mecanisme de funcionament del modulador de niobat de liti de pel·lícula fina és diferent del modulador basat en silici i del modulador de fosfur d'indi que utilitza mètodes de modulació no lineal, que utilitzen l'efecte electroòptic lineal per carregar el senyal modulat elèctricament a la portadora òptica, i la velocitat de modulació està determinada principalment pel rendiment de l'elèctrode de microones, de manera que es pot aconseguir una velocitat de modulació i linealitat més elevades, així com un menor consum d'energia. Basant-se en l'anterior, el niobat de liti s'ha convertit en una opció ideal per a la preparació de moduladors electroòptics d'alt rendiment, que tenen una àmplia gamma d'aplicacions en xarxes de comunicació òptica coherents de 100G/400G i centres de dades d'ultraalta velocitat, i poden aconseguir llargues distàncies de transmissió de més de 100 quilòmetres.

El niobat de liti com a material subversiu de la "revolució fotònica", tot i que en comparació amb el silici i el fosfur d'indi té molts avantatges, sovint apareix en forma de material a granel al dispositiu, la llum es limita a la guia d'ones plana formada per difusió iònica o intercanvi de protons, la diferència d'índex de refracció sol ser relativament petita (aproximadament 0,02), la mida del dispositiu és relativament gran. És difícil satisfer les necessitats de miniaturització i integració dedispositius òptics, i la seva línia de producció encara és diferent de la línia de procés de microelectrònica real, i hi ha un problema d'alt cost, per la qual cosa la formació de pel·lícules primes és una direcció de desenvolupament important per al niobat de liti utilitzat en moduladors electroòptics.