Modulator elektro-optik lithium niobate film tipis terintegrasi sing luwih dhuwur

Linearitas dhuwurmodulator elektro-optiklan aplikasi foton gelombang mikro
Kanthi kabutuhan sistem komunikasi sing saya tambah, kanggo luwih ningkatake efisiensi transmisi sinyal, wong bakal nggabungake foton lan elektron kanggo entuk kaluwihan sing saling melengkapi, lan fotonik gelombang mikro bakal lair. Modulator elektro-optik dibutuhake kanggo konversi listrik dadi cahya ingsistem fotonik gelombang mikro, lan langkah kunci iki biasane nemtokake kinerja kabeh sistem. Amarga konversi sinyal frekuensi radio menyang domain optik minangka proses sinyal analog, lan biasamodulator elektro-optiknduweni nonlinieritas sing melekat, ana distorsi sinyal sing serius ing proses konversi. Kanggo entuk modulasi linier sing kira-kira, titik operasi modulator biasane tetep ing titik bias ortogonal, nanging isih ora bisa memenuhi syarat link foton gelombang mikro kanggo linieritas modulator. Modulator elektro-optik kanthi linieritas sing dhuwur dibutuhake banget.

Modulasi indeks bias kecepatan tinggi saka bahan silikon biasane digayuh kanthi efek dispersi plasma pembawa bebas (FCD). Efek FCD lan modulasi sambungan PN loro-lorone nonlinier, sing ndadekake modulator silikon kurang linier tinimbang modulator lithium niobate. Bahan lithium niobate nuduhake kualitas sing apik banget.modulasi elektro-optikSifat-sifate amarga efek Pucker. Ing wektu sing padha, bahan lithium niobate nduweni kaluwihan bandwidth sing gedhe, karakteristik modulasi sing apik, kerugian sing sithik, integrasi sing gampang lan kompatibilitas karo proses semikonduktor, panggunaan lithium niobate film tipis kanggo nggawe modulator elektro-optik kinerja dhuwur, dibandhingake karo silikon meh ora ana "piring cendhak", nanging uga kanggo entuk linearitas sing dhuwur. Modulator elektro-optik lithium niobate film tipis (LNOI) ing insulator wis dadi arah pangembangan sing janjeni. Kanthi pangembangan teknologi persiapan bahan lithium niobate film tipis lan teknologi etsa waveguide, efisiensi konversi sing dhuwur lan integrasi sing luwih dhuwur saka modulator elektro-optik lithium niobate film tipis wis dadi bidang akademi lan industri internasional.

Karakteristik niobate litium film tipis
Ing Amerika Serikat, perencanaan DAP AR wis nggawe evaluasi ing ngisor iki babagan bahan lithium niobate: yen pusat revolusi elektronik dijenengi miturut bahan silikon sing ndadekake bisa, mula papan kelairan revolusi fotonik kemungkinan bakal dijenengi miturut lithium niobate. Iki amarga lithium niobate nggabungake efek elektro-optik, efek akusto-optik, efek piezoelektrik, efek termoelektrik lan efek fotorefraktif dadi siji, kaya bahan silikon ing bidang optik.

Saka segi karakteristik transmisi optik, bahan InP nduweni kerugian transmisi on-chip paling gedhe amarga panyerepan cahya ing pita 1550nm sing umum digunakake. SiO2 lan silikon nitrida nduweni karakteristik transmisi sing paling apik, lan kerugian kasebut bisa tekan tingkat ~ 0,01dB/cm; Saiki, kerugian pandu gelombang saka pandu gelombang lithium niobate film tipis bisa tekan tingkat 0,03dB/cm, lan kerugian pandu gelombang lithium niobate film tipis nduweni potensi kanggo luwih dikurangi kanthi perbaikan terus-terusan tingkat teknologi ing mangsa ngarep. Mulane, bahan lithium niobate film tipis bakal nuduhake kinerja sing apik kanggo struktur cahya pasif kayata jalur fotosintesis, shunt lan microring.

Ing babagan generasi cahya, mung InP sing nduweni kemampuan kanggo ngetokake cahya kanthi langsung; Mulane, kanggo aplikasi foton gelombang mikro, perlu ngenalake sumber cahya adhedhasar InP ing chip terintegrasi fotonik adhedhasar LNOI kanthi cara pengelasan backloading utawa pertumbuhan epitaksial. Ing babagan modulasi cahya, wis ditekanake ing ndhuwur yen bahan niobate lithium film tipis luwih gampang entuk bandwidth modulasi sing luwih gedhe, voltase setengah gelombang sing luwih murah lan kerugian transmisi sing luwih murah tinimbang InP lan Si. Kajaba iku, linearitas modulasi elektro-optik sing dhuwur saka bahan niobate lithium film tipis penting kanggo kabeh aplikasi foton gelombang mikro.

Ing babagan routing optik, respon elektro-optik kecepatan tinggi saka bahan niobate lithium film tipis ndadekake saklar optik berbasis LNOI mampu ngalih rute optik kecepatan tinggi, lan konsumsi daya saka switching kecepatan tinggi kasebut uga sithik banget. Kanggo aplikasi khas teknologi foton gelombang mikro terintegrasi, chip beamforming sing dikontrol sacara optik nduweni kemampuan ngalih kecepatan tinggi kanggo nyukupi kabutuhan pemindaian sinar cepet, lan karakteristik konsumsi daya ultra-rendah wis diadaptasi kanthi apik kanggo syarat ketat sistem array bertahap skala gedhe. Sanajan saklar optik berbasis InP uga bisa nggayuh ngalih jalur optik kecepatan tinggi, bakal ngenalake gangguan gedhe, utamane nalika saklar optik multilevel di-cascade, koefisien gangguan bakal rusak banget. Bahan silikon, SiO2 lan silikon nitrida mung bisa ngalih jalur optik liwat efek termo-optik utawa efek dispersi pembawa, sing nduweni kekurangan konsumsi daya dhuwur lan kecepatan switching alon. Nalika ukuran array array bertahap gedhe, ora bisa nyukupi syarat konsumsi daya.

Ing babagan amplifikasi optik,penguat optik semikonduktor (SOA) adhedhasar InP wis diwasa kanggo panggunaan komersial, nanging nduweni kekurangan yaiku koefisien gangguan sing dhuwur lan daya output saturasi sing kurang, sing ora kondusif kanggo aplikasi foton gelombang mikro. Proses amplifikasi parametrik pandu gelombang mikro lithium niobate film tipis adhedhasar aktivasi lan inversi periodik bisa entuk gangguan sing kurang lan amplifikasi optik on-chip daya dhuwur, sing bisa nyukupi syarat teknologi foton gelombang mikro terintegrasi kanggo amplifikasi optik on-chip.

Ing babagan deteksi cahya, niobate lithium film tipis nduweni karakteristik transmisi sing apik menyang cahya ing pita 1550 nm. Fungsi konversi fotolistrik ora bisa direalisasikake, mula kanggo aplikasi foton gelombang mikro, supaya bisa nyukupi kabutuhan konversi fotolistrik ing chip kasebut. Unit deteksi InGaAs utawa Ge-Si kudu dilebokake ing chip terintegrasi fotonik berbasis LNOI kanthi pengelasan backloading utawa pertumbuhan epitaksial. Ing babagan kopling karo serat optik, amarga serat optik dhewe minangka bahan SiO2, medan mode pandu gelombang SiO2 nduweni derajat pencocokan paling dhuwur karo medan mode serat optik, lan kopling kasebut paling trep. Diameter medan mode pandu gelombang sing diwatesi banget saka niobate lithium film tipis yaiku udakara 1μm, sing beda banget karo medan mode serat optik, mula transformasi titik mode sing tepat kudu ditindakake supaya cocog karo medan mode serat optik.

Ing babagan integrasi, apa macem-macem bahan duwe potensial integrasi sing dhuwur utamane gumantung saka radius lentur waveguide (sing kena pengaruh watesan medan mode waveguide). Waveguide sing diwatesi banget ngidini radius lentur sing luwih cilik, sing luwih kondusif kanggo realisasi integrasi sing dhuwur. Mulane, waveguide lithium niobate film tipis duwe potensi kanggo entuk integrasi sing dhuwur. Mulane, tampilan lithium niobate film tipis ndadekake bahan lithium niobate bisa nindakake peran "silikon" optik. Kanggo aplikasi foton gelombang mikro, kaluwihane lithium niobate film tipis luwih jelas.