Material de niobat de liti de pel·lícula fina i modulador de niobat de liti de pel·lícula fina

Avantatges i importància del niobat de liti de pel·lícula fina en la tecnologia integrada de fotons de microones

Tecnologia de fotons de microonesTé els avantatges de l’ample de banda gran de treball, la forta capacitat de processament paral·lel i la baixa pèrdua de transmissió, que pot trencar el coll d’ampolla tècnic del sistema de microones tradicional i millorar el rendiment d’equips d’informació electrònica militar com el radar, la guerra electrònica, la comunicació i la mesura i el control. Tot i això, el sistema de fotons de microones basat en dispositius discrets té alguns problemes com ara un gran volum, un pes pesat i una mala estabilitat, que restringeixen greument l’aplicació de la tecnologia de fotons de microones a les plataformes espacials i a l’aire. Per tant, la tecnologia integrada de fotons de microones s’està convertint en un suport important per trencar l’aplicació del fotó de microones en el sistema d’informació electrònica militar i donar un joc complet als avantatges de la tecnologia de fotons de microones.

Actualment, la tecnologia d’integració fotònica basada en SI i la tecnologia d’integració fotònica basada en INP s’han convertit en cada vegada més madures després d’anys de desenvolupament en el camp de la comunicació òptica, i s’han posat molts productes al mercat. Tanmateix, per a l’aplicació del fotó de microones, hi ha alguns problemes en aquests dos tipus de tecnologies d’integració de fotons: per exemple, el coeficient electro-òptic no lineal de modulador SI i el modulador INP és contrari a l’alta linealitat i a les grans característiques dinàmiques que es busquen per la tecnologia de fotons de microones; Per exemple, l’interruptor òptic de silici que realitza la commutació de ruta òptica, ja sigui basat en un efecte tèrmic-òptic, efecte piezoelèctric o efecte de dispersió d’injecció del transportista, té problemes de velocitat de commutació lenta, consum d’energia i consum de calor, que no poden satisfer la exploració ràpida del feix i les grans aplicacions de fotons de microones de microon.

El niobat de liti sempre ha estat la primera opció per a alta velocitatmodulació electro-òpticaMaterials a causa del seu excel·lent efecte electro-òptic lineal. Tot i això, el niobat de liti tradicionalModulador electro-òpticestà format per un material de cristall de niobat de liti massiu i la mida del dispositiu és molt gran, cosa que no pot satisfer les necessitats de la tecnologia integrada de fotons de microones. Com integrar els materials de niobat de liti amb el coeficient electroòptic lineal al sistema integrat de tecnologia de fotons de microones s’ha convertit en l’objectiu dels investigadors rellevants. El 2018, un equip de recerca de la Universitat de Harvard dels Estats Units va informar per primera vegada de la tecnologia d’integració fotònica basada en la natura de liti de filtració de pel·lícula fina, perquè la tecnologia té els avantatges de l’alta integració, l’ample de banda de modulació electroòptica gran i l’alta linealitat de l’efecte electro-òptic, un cop llançat, va provocar immediatament l’atenció acadèmica i industrial en el camp de la integració fotònica i la fotografia de micròfon. Des de la perspectiva de l’aplicació de fotons de microones, aquest treball revisa la influència i la importància de la tecnologia d’integració de fotons basat en el niobat de liti de pel·lícula fina en el desenvolupament de la tecnologia de fotons de microones.

Material de niobat de liti de pel·lícula fina i pel·lícula finaModulador de niobat de liti
En els darrers dos anys, ha sorgit un nou tipus de material de niobat de liti, és a dir, la pel·lícula de niobat de liti s’exfolia de la massiva cristall de niobat de liti pel mètode de “slicing d’ions” i s’uneix a la capa de si amb una capa tampó de sílice per formar LNOI (linbo3-on-insulador), que es diu film de filtració prima de filtració de filtració prima en aquest material de filtració prima de filtració en aquest material de filtració prima [5] paper. Les guies d'ona de la cresta amb una alçada de més de 100 nanòmetres es poden gravar en materials de niobat de liti de pel·lícula fina mitjançant un procés de gravat secat optimitzat i la diferència d'índex de refracció efectiva de les guies d'ona formades pot arribar a més de 0,8 (molt superior a la diferència d'índex de refracció de les guions d'ona de niobat de liti tradicionals de 0,02), com es mostra a la figura 1. Camp de llum amb el camp de microones en dissenyar el modulador. Per tant, és beneficiós aconseguir una menor tensió d'ona de mitja onada i l'amplada de banda de modulació més gran en una longitud més curta.

L’aparició de baixa pèrdua de niobat de liti submicró guies d’ona trenca el coll d’ampolla d’alta tensió de conducció del modulador electroòptic de niobat de liti tradicional. L’espai entre els elèctrodes es pot reduir a ~ 5 μm, i la superposició entre el camp elèctric i el camp del mode òptic augmenta molt i la Vπ · L disminueix de més de 20 V · cm a menys de 2,8 V · cm. Per tant, sota la mateixa tensió de mitja onada, la longitud del dispositiu es pot reduir molt en comparació amb el modulador tradicional. Al mateix temps, després d’optimitzar els paràmetres de l’amplada, el gruix i l’interval de l’elèctrode d’ona que viatja, tal com es mostra a la figura, el modulador pot tenir la capacitat d’ample de banda de modulació ultra-alta superior a 100 GHz.

Fig.

Fig.2 （A） Structuda de guies d'ona i elèctrodes i （B） Placa del modulador de LN

La comparació de moduladors comercials de niobat de liti de filtri de pel·lícula fina amb moduladors comercials de niobat de liti tradicionals, moduladors basats en silici i moduladors de fosfur indi (INP) i altres moduladors electro-òptics existents d’alta velocitat, els principals paràmetres de la comparació inclouen:: inclouen::
(1) Producte de longitud de volta de mitja ona (Vπ · L, V · cm), mesurant l'eficiència de modulació del modulador, més petit és el valor, més gran és l'eficiència de la modulació;
(2) Ample de banda de modulació de 3 dB (GHz), que mesura la resposta del modulador a la modulació d'alta freqüència;
(3) Pèrdua d'inserció òptica (dB) a la regió de modulació. A la taula es pot veure que el modulador de niobat de liti de pel·lícula fina té avantatges evidents en l'amplada de banda de modulació, la tensió de mitja ona, la pèrdua d'interpolació òptica, etc.

El silici, com a pedra angular de l’optoelectrònica integrada, s’ha desenvolupat fins ara, el procés és madur, la seva miniaturització és propici per a la integració a gran escala de dispositius actius/passius, i el seu modulador ha estat àmplia i profundament estudiat en el camp de la comunicació òptica. El mecanisme de modulació electro-òptica del silici és principalment esgotament de portadors, injecció del portador i acumulació de portadors. Entre ells, l’ample de banda del modulador és òptima amb el mecanisme d’esgotament del transportista lineal, però com que la distribució de camp òptic es superposa amb la no uniformitat de la regió d’esgotament, aquest efecte introduirà la distorsió no lineal de segon ordre i la intermodulació de tercers termes de la modificació de la modificació de la modificació de la modificació de la modificació i distorsió del senyal.

El modulador INP té efectes electro-òptics destacats i l'estructura de pou quàntic multicapa pot realitzar moduladors de velocitat ultra-alta i baixa tensió de conducció amb Vπ · L fins a 0,156V · mm. Tanmateix, la variació de l’índex de refracció amb el camp elèctric inclou termes lineals i no lineals, i l’augment de la intensitat del camp elèctric farà que l’efecte de segon ordre sigui destacat. Per tant, els moduladors electro-òptics de silici i INP han d’aplicar biaix per formar unió PN quan treballen, i la unió PN provocarà la pèrdua d’absorció a la llum. Tanmateix, la mida del modulador d’aquests dos és petita, la mida comercial del modulador INP és 1/4 del modulador LN. Alta eficiència de modulació, adequada per a xarxes de transmissió òptica digital d’alta densitat i curta distància, com ara centres de dades. L’efecte electro-òptic del niobat de liti no té cap mecanisme d’absorció de llum i una baixa pèrdua, adequada per a coherents de llarga distànciaComunicació òpticaamb gran capacitat i alta taxa. A l’aplicació de fotons de microones, els coeficients electro-òptics de SI i INP són no lineals, cosa que no és adequada per al sistema de fotons de microones que persegueix una elevada linealitat i una gran dinàmica. El material de niobat de liti és molt adequat per a l'aplicació de fotons de microones a causa del seu coeficient de modulació electroòptica completament lineal.