Høytytende elektrooptisk modulator:tynnfilm litiumniobatmodulator
En elektrooptisk modulator (EOM-modulator) er en modulator laget ved hjelp av den elektrooptiske effekten av visse elektrooptiske krystaller, som kan konvertere høyhastighets elektroniske signaler i kommunikasjonsenheter til optiske signaler. Når den elektrooptiske krystallen utsettes for et påført elektrisk felt, vil brytningsindeksen til den elektrooptiske krystallen endres, og krystallens optiske bølgeegenskaper vil også endres tilsvarende, slik at man realiserer moduleringen av amplituden, fasen og polarisasjonstilstanden til det optiske signalet, og konverterer det høyhastighets elektroniske signalet i kommunikasjonsenheten til et optisk signal gjennom modulering.
For tiden finnes det tre hovedtyper avelektrooptiske modulatorerpå markedet: silisiumbaserte modulatorer, indiumfosfidmodulatorer og tynnfilmlitiumniobatmodulatorSilisium har ingen direkte elektrooptisk koeffisient, og ytelsen er mer generell, og er kun egnet for produksjon av kortdistanse dataoverførings-transceivermoduler. Indiumfosfid er imidlertid egnet for transceivermoduler for mellomlange og lange optiske kommunikasjonsnettverk, men kravene til integrasjonsprosessen er ekstremt høye, kostnadene er relativt høye, og applikasjonen er underlagt visse begrensninger. Litiumniobatkrystall er derimot ikke bare rik på fotoelektrisk effekt, men også på én, både fotorefraktiv effekt, ikke-lineær effekt, elektrooptisk effekt, akustisk optisk effekt, piezoelektrisk effekt og termoelektrisk effekt. Takket være gitterstrukturen og den rike defektstrukturen kan mange av litiumniobats egenskaper i stor grad reguleres av krystallsammensetning, elementdoping, valenstilstandskontroll osv. Den oppnår overlegen fotoelektrisk ytelse, som en elektrooptisk koeffisient på opptil 30,9 pm/V, som er betydelig høyere enn indiumfosfid, og har en liten kvitreeffekt (kvitreeffekt: refererer til fenomenet at frekvensen i pulsen endres over tid under laserpulsoverføringsprosessen. En større kvitreeffekt resulterer i et lavere signal-til-støy-forhold og en ikke-lineær effekt), et godt ekstinksjonsforhold (gjennomsnittlig effektforhold mellom signalets "på"-tilstand og "av"-tilstand) og overlegen enhetsstabilitet. I tillegg er arbeidsmekanismen til tynnfilms-litiumniobatmodulatoren forskjellig fra den til silisiumbaserte modulatorer og indiumfosfidmodulatorer som bruker ikke-lineære modulasjonsmetoder, som bruker lineær elektrooptisk effekt for å laste det elektrisk modulerte signalet på den optiske bæreren, og modulasjonshastigheten bestemmes hovedsakelig av ytelsen til mikrobølgeelektroden, slik at høyere modulasjonshastighet og linearitet samt lavere strømforbruk kan oppnås. Basert på det ovennevnte har litiumniobat blitt et ideelt valg for fremstilling av høyytelses elektrooptiske modulatorer, som har et bredt spekter av bruksområder i 100G/400G koherente optiske kommunikasjonsnettverk og ultrahøyhastighetsdatasentre, og kan oppnå lange overføringsavstander på mer enn 100 kilometer.
Litiumniobat som et subversivt materiale i "fotonrevolusjonen", selv om det har mange fordeler sammenlignet med silisium og indiumfosfid, forekommer det ofte i form av et bulkmateriale i enheten. Lyset er begrenset til den plane bølgelederen som dannes av ionediffusjon eller protonutveksling. Differansen i brytningsindeks er vanligvis relativt liten (ca. 0,02), og enhetens størrelse er relativt stor. Det er vanskelig å møte behovene for miniatyrisering og integrering avoptiske enheter, og produksjonslinjen er fortsatt forskjellig fra den faktiske mikroelektronikkprosesslinjen, og det er et problem med høye kostnader, så tynnfilmdannelse er en viktig utviklingsretning for litiumniobat brukt i elektrooptiske modulatorer.
Publisert: 24. desember 2024