En av de viktigste egenskapene til en optisk modulator er dens modulasjonshastighet eller båndbredde, som bør være minst like rask som tilgjengelig elektronikk. Transistorer med transittfrekvenser godt over 100 GHz har allerede blitt demonstrert i 90 nm silisiumteknologi, og hastigheten vil øke ytterligere etter hvert som minimumsstørrelsen på funksjonene reduseres [1]. Imidlertid er båndbredden til dagens silisiumbaserte modulatorer begrenset. Silisium har ikke en χ(2)-ikke-linearitet på grunn av sin sentrosymmetriske krystallinske struktur. Bruken av anstrengt silisium har allerede ført til interessante resultater [2], men ikke-linearitetene tillater ennå ikke praktiske enheter. Toppmoderne silisiumfotoniske modulatorer er derfor fortsatt avhengige av fribærerdispersjon i pn- eller pinne-overganger [3–5]. Foroverforspente overganger har vist seg å ha et spenningslengdeprodukt så lavt som VπL = 0,36 V mm, men modulasjonshastigheten er begrenset av dynamikken til minoritetsbærere. Likevel er datahastigheter på 10 Gbit/s generert ved hjelp av en forhåndsbetoning av det elektriske signalet [4]. Ved å bruke reversforspente overganger i stedet, er båndbredden økt til omtrent 30 GHz [5,6], men spenningslengdeproduktet steg til VπL = 40 V mm. Dessverre produserer slike plasmaeffektfasemodulatorer også uønsket intensitetsmodulasjon [7], og de reagerer ikke-lineært på den påførte spenningen. Avanserte modulasjonsformater som QAM krever imidlertid en lineær respons og ren fasemodulasjon, noe som gjør utnyttelsen av den elektrooptiske effekten (Pockels-effekten [8]) spesielt ønskelig.
2. SOH-tilnærming
Nylig har silisium-organisk hybrid (SOH)-tilnærmingen blitt foreslått [9–12]. Et eksempel på en SOH-modulator er vist i figur 1(a). Den består av en spaltebølgeleder som styrer det optiske feltet, og to silisiumstrimler som elektrisk forbinder den optiske bølgelederen med de metalliske elektrodene. Elektrodene er plassert utenfor det optiske modalfeltet for å unngå optiske tap [13], figur 1(b). Enheten er belagt med et elektrooptisk organisk materiale som fyller spalten jevnt. Modulasjonsspenningen føres av den metalliske elektriske bølgelederen og faller over spalten takket være de ledende silisiumstripene. Det resulterende elektriske feltet endrer deretter brytningsindeksen i spalten gjennom den ultrahurtige elektrooptiske effekten. Siden spalten har en bredde i størrelsesorden 100 nm, er noen få volt nok til å generere svært sterke moduleringsfelt som er i størrelsesorden av den dielektriske styrken til de fleste materialer. Strukturen har en høy modulasjonseffektivitet siden både det modulerende og det optiske feltet er konsentrert inne i spalten, figur 1(b) [14]. De første implementeringene av SOH-modulatorer med subvoltsdrift [11] har faktisk allerede blitt vist, og sinusformet modulering opptil 40 GHz ble demonstrert [15,16]. Utfordringen med å bygge lavspennings-SOH-modulatorer med høy hastighet er imidlertid å lage en svært ledende koblingsstripe. I en ekvivalent krets kan sporet representeres av en kondensator C og de ledende strimlene av motstander R, figur 1(b). Den tilsvarende RC-tidskonstanten bestemmer båndbredden til enheten [10,14,17,18]. For å redusere motstanden R har det blitt foreslått å dope silisiumstripene [10,14]. Mens doping øker konduktiviteten til silisiumstripene (og derfor øker optiske tap), betaler man en ekstra tapsstraff fordi elektronmobiliteten svekkes av urenhetsspredning [10,14,19]. Dessuten viste de nyeste fabrikasjonsforsøkene uventet lav konduktivitet.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., som ligger i Kinas «Silicon Valley» – Beijing Zhongguancun, er en høyteknologisk bedrift dedikert til å betjene innenlandske og utenlandske forskningsinstitusjoner, forskningsinstitutter, universiteter og vitenskapelig forskningspersonell i bedrifter. Vårt selskap er hovedsakelig engasjert i uavhengig forskning og utvikling, design, produksjon og salg av optoelektroniske produkter, og tilbyr innovative løsninger og profesjonelle, personlige tjenester for vitenskapelige forskere og industriingeniører. Etter år med uavhengig innovasjon har de dannet en rik og perfekt serie med fotoelektriske produkter, som er mye brukt i kommunal, militær, transport, elektrisitet, finans, utdanning, medisin og andre næringer.
Vi gleder oss til samarbeidet med deg!
Publisert: 29. mars 2023