Kaluwihan lan pinunjul saka film tipis lithium niobate ing teknologi foton gelombang mikro terpadu
Teknologi foton gelombang mikronduweni kaluwihan bandwidth kerja gedhe, kemampuan pangolahan paralel sing kuat lan mundhut transmisi sing kurang, sing duweni potensi kanggo ngilangi bottleneck teknis sistem gelombang mikro tradisional lan ningkatake kinerja peralatan informasi elektronik militer kayata radar, perang elektronik, komunikasi lan pangukuran lan kontrol. Nanging, sistem foton gelombang mikro adhedhasar piranti diskrèt duwe sawetara masalah kayata volume gedhe, bobot abot lan stabilitas sing kurang, sing mbatesi aplikasi teknologi foton gelombang mikro ing platform angkasa lan udara. Mulane, teknologi foton gelombang mikro terpadu dadi dhukungan penting kanggo ngrusak aplikasi foton gelombang mikro ing sistem informasi elektronik militer lan menehi kaluwihan teknologi foton gelombang mikro.
Saiki, teknologi integrasi fotonik berbasis SI lan teknologi integrasi fotonik berbasis INP wis dadi luwih diwasa sawise pirang-pirang taun pembangunan ing bidang komunikasi optik, lan akeh produk sing dilebokake ing pasar. Nanging, kanggo aplikasi foton gelombang mikro, ana sawetara masalah ing rong jinis teknologi integrasi foton iki: contone, koefisien elektro-optik nonlinier saka modulator Si lan modulator InP bertentangan karo linearitas dhuwur lan karakteristik dinamis gedhe sing ditindakake dening gelombang mikro. teknologi foton; Contone, saklar optik silikon sing nyadari ngoper path optik, apa adhedhasar efek termal-optik, efek piezoelektrik, utawa efek sawur injeksi operator, duwe masalah kacepetan ngoper alon, konsumsi daya lan konsumsi panas, kang ora bisa ketemu cepet. pemindaian sinar lan aplikasi foton gelombang mikro skala gedhe.
Lithium niobate tansah dadi pilihan pisanan kanggo kacepetan dhuwurmodulasi elektro-optikbahan amarga efek elektro-optik linear sing apik banget. Nanging, lithium niobate tradisionalmodulator elektro-optikdigawe saka materi kristal lithium niobate massive, lan ukuran piranti gedhe banget, kang ora bisa nyukupi kabutuhan teknologi foton gelombang mikro terpadu. Cara nggabungake bahan lithium niobate kanthi koefisien elektro-optik linier menyang sistem teknologi foton gelombang mikro terintegrasi wis dadi tujuan para peneliti sing relevan. Ing 2018, tim riset saka Universitas Harvard ing Amerika Serikat pisanan nglaporake teknologi integrasi fotonik adhedhasar film tipis lithium niobate ing Alam, amarga teknologi kasebut duwe kaluwihan integrasi sing dhuwur, bandwidth modulasi elektro-optik sing gedhe, lan linearitas elektromagnetik sing dhuwur. -efek optik, sapisan dibukak, iku langsung nyebabake manungsa waé akademisi lan industri ing lapangan integrasi Photonic lan Photonics gelombang mikro. Saka perspektif aplikasi foton gelombang mikro, makalah iki nyemak pengaruh lan signifikansi teknologi integrasi foton adhedhasar film tipis lithium niobate ing pangembangan teknologi foton gelombang mikro.
Bahan film tipis lithium niobate lan film tipismodulator lithium niobate
Ing rong taun anyar, jinis anyar saka materi lithium niobate wis muncul, yaiku, film lithium niobate wis exfoliated saka kristal lithium niobate massive kanthi cara "iris ion" lan diikat menyang wafer Si karo lapisan buffer silika kanggo. mbentuk materi LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], sing diarani bahan lithium niobate film tipis ing kertas iki. Waveguides Ridge kanthi dhuwur luwih saka 100 nanometer bisa diukir ing bahan lithium niobate film tipis kanthi proses etsa garing sing dioptimalake, lan prabédan indeks bias efektif saka waveguides sing dibentuk bisa tekan luwih saka 0,8 (adoh luwih dhuwur tinimbang prabédan indeks bias tradisional. Waveguides lithium niobate 0,02), minangka ditampilake ing Figure 1. Watesan Waveguide nggampangake kanggo cocog lapangan cahya karo lapangan gelombang mikro nalika ngrancang modulator ing. Mangkono, entuk manfaat kanggo entuk voltase setengah gelombang sing luwih murah lan bandwidth modulasi sing luwih gedhe kanthi dawa sing luwih cendhek.
Muncule low loss lithium niobate submicron waveguide ngilangi bottleneck voltase nyopir dhuwur saka modulator elektro-optik lithium niobate tradisional. Jarak elektroda bisa dikurangi dadi ~ 5 μm, lan tumpang tindih antarane medan listrik lan medan mode optik tambah akeh, lan vπ · L mudhun saka luwih saka 20 V · cm dadi kurang saka 2,8 V · cm. Mulane, ing voltase setengah gelombang padha, dawa piranti bisa nemen suda dibandhingake modulator tradisional. Ing wektu sing padha, sawise ngoptimalake paramèter saka jembaré, kekandelan lan interval elektroda gelombang lelungan, minangka ditampilake ing gambar, modulator bisa duwe kemampuan bandwidth modulasi Ultra-dhuwur luwih saka 100 GHz.
Fig.1 （a） distribusi mode sing diwilang lan （b） gambar bagean silang saka pandu gelombang LN
Gambar.2 （a） Waveguide lan struktur elektroda lan （b） coreplate modulator LN
Perbandingan modulator lithium niobate film tipis karo modulator komersial lithium niobate tradisional, modulator berbasis silikon lan modulator indium phosphide (InP) lan modulator elektro-optik berkecepatan tinggi liyane, paramèter utama perbandingan kasebut kalebu:
(1) Produk setengah gelombang volt (vπ ·L, V·cm), ngukur efisiensi modulasi modulator, sing luwih cilik nilai, sing luwih dhuwur efisiensi modulasi;
(2) Bandwidth modulasi 3 dB (GHz), sing ngukur respon modulator kanggo modulasi frekuensi dhuwur;
(3) Loss insertion optik (dB) ing wilayah modulasi. Bisa dideleng saka tabel manawa modulator lithium niobate film tipis nduweni kaluwihan sing jelas ing bandwidth modulasi, voltase setengah gelombang, mundhut interpolasi optik lan liya-liyane.
Silicon, minangka landasan optoelektronik terintegrasi, wis dikembangake nganti saiki, proses kasebut wis diwasa, miniaturisasi kondusif kanggo integrasi gedhe-gedhe piranti aktif / pasif, lan modulatore wis diteliti sacara wiyar lan jero ing bidang optik. komunikasi. Mekanisme modulasi elektro-optik silikon utamane yaiku depling operator, injeksi operator lan akumulasi operator. Antarane wong-wong mau, bandwidth modulator optimal kanthi mekanisme deplesi operator derajat linier, nanging amarga distribusi lapangan optik tumpang tindih karo non-keseragaman wilayah panipisan, efek iki bakal ngenalake distorsi urutan kapindho nonlinear lan distorsi intermodulasi urutan katelu. istilah, ditambah karo efek panyerepan saka operator ing cahya, kang bakal mimpin kanggo abang saka amplitudo modulasi optik lan distorsi sinyal.
Modulator InP duweni efek elektro-optik sing luar biasa, lan struktur sumur kuantum multi-lapisan bisa mujudake modulator voltase sing dhuwur banget lan modulator tegangan nyopir kanthi Vπ·L nganti 0.156V · mm. Nanging, variasi indeks bias kanthi medan listrik kalebu istilah linear lan nonlinear, lan paningkatan intensitas medan listrik bakal nggawe efek urutan kapindho sing misuwur. Mulane, modulator elektro-optik silikon lan InP kudu ngetrapake bias kanggo mbentuk persimpangan pn nalika kerjane, lan persimpangan pn bakal nyebabake mundhut panyerepan. Nanging, ukuran modulator saka loro iki cilik, ukuran modulator InP komersial 1/4 saka modulator LN. Efisiensi modulasi dhuwur, cocog kanggo jaringan transmisi optik digital kanthi kapadhetan dhuwur lan jarak cendhak kayata pusat data. Efek elektro-optik saka lithium niobate ora duwe mekanisme panyerepan cahya lan mundhut kurang, sing cocok kanggo koheren jarak adoh.komunikasi optikkanthi kapasitas gedhe lan tingkat dhuwur. Ing aplikasi foton gelombang mikro, koefisien elektro-optik Si lan InP ora linier, sing ora cocok kanggo sistem foton gelombang mikro sing ngupayakake linearitas dhuwur lan dinamika gedhe. Bahan lithium niobate cocok banget kanggo aplikasi foton gelombang mikro amarga koefisien modulasi elektro-optik sing linear.
Wektu kirim: Apr-22-2024