Modulador electroòptic de niobat de liti de pel·lícula fina integrat superior

Alta linealitatmodulador electroòptici aplicació de fotons de microones
Amb els requisits creixents dels sistemes de comunicació, per tal de millorar encara més l'eficiència de transmissió dels senyals, les persones fusionaran fotons i electrons per aconseguir avantatges complementaris, i així naixerà la fotònica de microones. El modulador electroòptic és necessari per a la conversió d'electricitat en llum.sistemes fotònics de microones, i aquest pas clau sol determinar el rendiment de tot el sistema. Com que la conversió del senyal de radiofreqüència al domini òptic és un procés de senyal analògic, i ordinarimoduladors electroòpticstenen una no linealitat inherent, hi ha una distorsió important del senyal en el procés de conversió. Per aconseguir una modulació lineal aproximada, el punt de funcionament del modulador normalment es fixa al punt de polarització ortogonal, però encara no pot complir els requisits de l'enllaç de fotons de microones per a la linealitat del modulador. Es necessiten urgentment moduladors electroòptics amb alta linealitat.

La modulació de l'índex de refracció d'alta velocitat dels materials de silici s'aconsegueix normalment mitjançant l'efecte de dispersió de plasma de portador lliure (FCD). Tant l'efecte FCD com la modulació de la unió PN són no lineals, cosa que fa que el modulador de silici sigui menys lineal que el modulador de niobat de liti. Els materials de niobat de liti presenten excel·lents...modulació electroòpticapropietats a causa del seu efecte Pucker. Al mateix temps, el material de niobat de liti té els avantatges d'un gran ample de banda, bones característiques de modulació, baixa pèrdua, fàcil integració i compatibilitat amb el procés de semiconductors, l'ús de niobat de liti de pel·lícula fina per fer un modulador electroòptic d'alt rendiment, en comparació amb el silici gairebé sense "placa curta", però també per aconseguir una alta linealitat. El modulador electroòptic de niobat de liti de pel·lícula fina (LNOI) sobre aïllant s'ha convertit en una direcció de desenvolupament prometedora. Amb el desenvolupament de la tecnologia de preparació de material de niobat de liti de pel·lícula fina i la tecnologia de gravat de guia d'ones, l'alta eficiència de conversió i la major integració del modulador electroòptic de niobat de liti de pel·lícula fina s'han convertit en el camp del món acadèmic i la indústria internacionals.

Característiques del niobat de liti de pel·lícula fina
Als Estats Units, la planificació DAP AR ha fet la següent avaluació dels materials de niobat de liti: si el centre de la revolució electrònica porta el nom del material de silici que la fa possible, és probable que el bressol de la revolució fotònica també porti el nom de niobat de liti. Això es deu al fet que el niobat de liti integra l'efecte electroòptic, l'efecte acustoòptic, l'efecte piezoelèctric, l'efecte termoelèctric i l'efecte fotorefractiu en un sol element, igual que els materials de silici en el camp de l'òptica.

Pel que fa a les característiques de transmissió òptica, el material InP té la pèrdua de transmissió en el xip més gran a causa de l'absorció de llum a la banda de 1550 nm que s'utilitza habitualment. El SiO2 i el nitrur de silici tenen les millors característiques de transmissió, i la pèrdua pot arribar al nivell de ~0,01 dB/cm; Actualment, la pèrdua de la guia d'ones de niobat de liti de pel·lícula fina pot arribar al nivell de 0,03 dB/cm, i la pèrdua de la guia d'ones de niobat de liti de pel·lícula fina té el potencial de reduir-se encara més amb la millora contínua del nivell tecnològic en el futur. Per tant, el material de niobat de liti de pel·lícula fina mostrarà un bon rendiment per a estructures de llum passives com ara la via fotosintètica, la derivació i el microanell.

Pel que fa a la generació de llum, només l'InP té la capacitat d'emetre llum directament; per tant, per a l'aplicació de fotons de microones, cal introduir la font de llum basada en InP al xip integrat fotònic basat en LNOI mitjançant la soldadura per retrocàrrega o el creixement epitaxial. Pel que fa a la modulació de la llum, s'ha destacat anteriorment que el material de niobat de liti de pel·lícula fina és més fàcil d'aconseguir un ample de banda de modulació més gran, un voltatge de mitja ona més baix i una pèrdua de transmissió més baixa que l'InP i el Si. A més, l'alta linealitat de la modulació electroòptica dels materials de niobat de liti de pel·lícula fina és essencial per a totes les aplicacions de fotons de microones.

Pel que fa a l'encaminament òptic, la resposta electroòptica d'alta velocitat del material de niobat de liti de pel·lícula fina fa que el commutador òptic basat en LNOI sigui capaç de commutar un encaminament òptic d'alta velocitat, i el consum d'energia d'aquesta commutació d'alta velocitat també és molt baix. Per a l'aplicació típica de la tecnologia integrada de fotons de microones, el xip de formació de feix controlat òpticament té la capacitat de commutació d'alta velocitat per satisfer les necessitats de l'escaneig ràpid del feix, i les característiques del consum d'energia ultrabaix s'adapten bé als requisits estrictes del sistema de matriu en fase a gran escala. Tot i que el commutador òptic basat en InP també pot realitzar una commutació de camins òptics d'alta velocitat, introduirà un gran soroll, especialment quan el commutador òptic multinivell està en cascada, el coeficient de soroll es deteriorarà seriosament. Els materials de silici, SiO2 i nitrur de silici només poden canviar camins òptics a través de l'efecte termoòptic o l'efecte de dispersió de la portadora, que té els desavantatges d'un alt consum d'energia i una velocitat de commutació lenta. Quan la mida de la matriu de la matriu en fase és gran, no pot complir els requisits de consum d'energia.

Pel que fa a l'amplificació òptica, laamplificador òptic de semiconductors (SOA) basat en InP ha madurat per a ús comercial, però té els desavantatges d'un alt coeficient de soroll i una baixa potència de sortida de saturació, cosa que no és propícia per a l'aplicació de fotons de microones. El procés d'amplificació paramètrica de la guia d'ones de niobat de liti de pel·lícula fina basat en l'activació i la inversió periòdiques pot aconseguir una amplificació òptica en xip de baix soroll i alta potència, que pot complir bé els requisits de la tecnologia integrada de fotons de microones per a l'amplificació òptica en xip.

Pel que fa a la detecció de llum, el niobat de liti de pel·lícula fina té bones característiques de transmissió a la llum en la banda de 1550 nm. La funció de conversió fotoelèctrica no es pot realitzar, per la qual cosa per a aplicacions de fotons de microones, per tal de satisfer les necessitats de conversió fotoelèctrica al xip, cal introduir unitats de detecció d'InGaAs o Ge-Si en xips integrats fotònics basats en LNOI mitjançant soldadura de retrocàrrega o creixement epitaxial. Pel que fa a l'acoblament amb fibra òptica, com que la fibra òptica en si és material SiO2, el camp de mode de la guia d'ones de SiO2 té el grau de coincidència més alt amb el camp de mode de la fibra òptica, i l'acoblament és el més convenient. El diàmetre del camp de mode de la guia d'ones fortament restringida del niobat de liti de pel·lícula fina és d'aproximadament 1 μm, cosa que és força diferent del camp de mode de la fibra òptica, per la qual cosa s'ha de dur a terme una transformació puntual de mode adequada per coincidir amb el camp de mode de la fibra òptica.

Pel que fa a la integració, l'alt potencial d'integració de diversos materials depèn principalment del radi de flexió de la guia d'ones (afectat per la limitació del camp de mode de la guia d'ones). La guia d'ones fortament restringida permet un radi de flexió més petit, cosa que afavoreix més la realització d'una alta integració. Per tant, les guies d'ones de niobat de liti de pel·lícula fina tenen el potencial d'aconseguir una alta integració. Per tant, l'aparició de niobat de liti de pel·lícula fina permet que el material de niobat de liti realment jugui el paper de "silici" òptic. Per a l'aplicació de fotons de microones, els avantatges del niobat de liti de pel·lícula fina són més evidents.