Alta linealitatModulador electro-òptici aplicació de fotons de microones
Amb els requisits creixents dels sistemes de comunicació, per millorar encara més l’eficiència de la transmissió dels senyals, les persones fusionaran fotons i electrons per assolir avantatges complementaris i neixerà la fotònica de microones. El modulador electro-òptic és necessari per a la conversió d’electricitat a la llumSistemes fotònics de microones, i aquest pas clau sol determinar el rendiment de tot el sistema. Atès que la conversió del senyal de freqüència de ràdio a domini òptic és un procés de senyal analògic i ordinariModuladors electro-òpticsTenen la no linealitat inherent, hi ha una distorsió del senyal greu en el procés de conversió. Per aconseguir una modulació lineal aproximada, el punt de funcionament del modulador es sol fixar en el punt de biaix 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 electro-òptics amb alta linealitat.
La modulació d’índex de refracció d’alta velocitat de materials de silici s’aconsegueix generalment mitjançant l’efecte de dispersió de plasma de transportista 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 mostren excel·lentsmodulació electro-òpticaPropietats a causa del seu efecte pucker. Al mateix temps, el material de niobat de liti té els avantatges de l’amplada de banda gran, les bones característiques de modulació, la baixa pèrdua, la integració fàcil i la compatibilitat amb el procés de semiconductor, l’ús de niobat de liti de pel·lícula fina per fer un modulador electro-òptic d’alt rendiment, en comparació amb el silici gairebé no “placa curta”, però també per aconseguir una elevada linealitat. El modulador electroòptic de Niobate (LNOI) de pel·lícula fina (LNOI) a l'aïllament s'ha convertit en una direcció prometedora de desenvolupament. Amb el desenvolupament de la tecnologia de preparació de materials de niobat de liti de pel·lícula fina i la tecnologia de gravat de guies d'ona, l'elevada eficiència de conversió i una major integració del modulador electro-òptic de niobat de liti de pel·lícula fina s'ha convertit en el camp de la indústria i la indústria internacionals.
Característiques del niobat de liti de pel·lícula fina
A la planificació DAP AR dels Estats Units ha fet la següent avaluació de materials de niobat de liti: si el centre de la revolució electrònica s’anomena el nom del material de silici que ho fa possible, és probable que el lloc de naixement de la revolució fotònica sigui nomenat després de niobat de liti. Això es deu al fet que el niobat de liti integra l'efecte electro-òptic, l'efecte acte-òptic, l'efecte piezoelèctric, l'efecte termoelèctric i l'efecte fotorrefractiu en un, 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 xip més gran a causa de l’absorció de la llum a la banda de 1550nm d’ús comú. SiO2 i el nitrur de silici tenen les millors característiques de transmissió i la pèrdua pot arribar al nivell de ~ 0,01dB/cm; Actualment, la pèrdua de guies d’ona de la guia d’ona de niobat de liti de filma fina pot arribar al nivell de 0,03dB/cm, i la pèrdua 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 ruta fotosintètica, el shunt i el micro.
En termes de generació de llum, només l’INP té la capacitat d’emetre la llum directament; Per tant, per a l’aplicació de fotons de microones, és necessari introduir la font de llum basada en INP al xip integrat fotònic basat en LNOI per la càrrega de la soldadura o el creixement epitaxial. En termes de modulació de la llum, s'ha destacat anteriorment que el material de niobat de liti de pel·lícula fina és més fàcil aconseguir l'amplada de banda de modulació més gran, la tensió de mitja ona inferior i la pèrdua de transmissió inferior a l'INP i SI. A més, és essencial la linealitat de la modulació electro-òptica de materials de niobat de liti de pel·lícula fina per a totes les aplicacions de fotons de microones.
En termes d’encaminament òptic, la resposta electro-òptica d’alta velocitat del material de niobat de liti de pel·lícula fina fa que l’interruptor òptic basat en LNOI sigui capaç de commutació d’encaminament òptic d’alta velocitat i el consum d’energia de 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 controlada òpticament té la capacitat de commutació d’alta velocitat per satisfer les necessitats d’escaneig ràpid de feixos i les característiques del consum d’energia ultra-baixa estan ben adaptades als estrictes requisits del sistema de matriu en fase a gran escala. Tot i que el commutador òptic basat en INP també pot realitzar un canvi de ruta òptica d’alta velocitat, introduirà un gran soroll, sobretot quan l’interruptor òptic multinivell estigui en cascada, el coeficient de soroll es deteriorarà greument. Els materials de silici, SiO2 i de nitrur de silici només poden canviar les rutes òptiques a través de l'efecte termo-òptic o l'efecte de dispersió del portador, que té els desavantatges del consum elevat d'energia i la velocitat de commutació lenta. Quan la mida de la matriu de la matriu en fase és gran, no pot complir els requisits del consum d'energia.
En termes d’amplificació òptica, elAmplificador òptic semiconductor (Soa) basat en l’INP ha estat madur per a l’ús comercial, però té els desavantatges d’un coeficient de soroll elevat i la potència de baixa saturació, cosa que no és propici per a l’aplicació de fotons de microones. El procés d'amplificació paramètrica de la guia d'ona de niobat de liti de pel·lícula fina basada en l'activació i la inversió periòdiques pot aconseguir un baix soroll i una amplificació òptica en xip d'alta potència, que pot complir els requisits de la tecnologia integrada de fotons de microones per a l'amplificació òptica en xip.
En termes de detecció de llum, el Niobat de Lithium de la pel·lícula Thin té bones característiques de transmissió a la llum de la banda de 1550 nm. La funció de la conversió fotoelèctrica no es pot realitzar, de manera que per a les aplicacions de fotons de microones, per tal de satisfer les necessitats de conversió fotoelèctrica al xip. Les unitats de detecció Ingaas o Ge-Si han de ser introduïdes en xips integrats fotònics basats en LNOI mitjançant soldadura de càrrega o creixement epitaxial. Pel que fa a l’acoblament amb la fibra òptica, perquè la fibra òptica en si és material SiO2, el camp de mode de guia d’ona SiO2 té el grau més alt amb el camp de mode de fibra òptica i l’acoblament és el més convenient. El diàmetre del camp de mode de la guia d'ona fortament restringida del niobat de liti de pel·lícula fina és d'aproximadament 1 μm, que és força diferent del camp de mode de fibra òptica, de manera que s'ha de realitzar una transformació adequada del punt de mode per coincidir amb el camp de mode de fibra òptica.
Pel que fa a la integració, si diversos materials tenen un potencial d’integració elevat depèn principalment del radi de flexió de la guia d’ona (afectada per la limitació del camp de mode d’ona). La guia d'ona fortament restringida permet un radi de flexió més reduït, que és més propici per a la realització d'una alta integració. Per tant, les guies d'ona de niobat de liti de pel·lícula fina tenen el potencial per aconseguir una gran integració. Per tant, l’aparició de niobat de liti de pel·lícula fina permet que el material de niobat de liti jugui realment el paper del “silici” òptic. Per a l’aplicació de fotons de microones, els avantatges del niobat de liti de pel·lícula fina són més evidents.
Hora de la publicació: 23-2024 d'abril