En av de viktigste egenskapene til en optisk modulator er dens modulasjonshastighet eller båndbredde, som bør være minst like rask som den tilgjengelige elektronikken. Transistorer med transittfrekvenser godt over 100 GHz er allerede demonstrert i 90 nm silisiumteknologi, og hastigheten vil øke ytterligere ettersom minimumsfunksjonsstørrelsen reduseres [1]. Imidlertid er båndbredden til dagens silisiumbaserte modulatorer begrenset. Silisium har ikke en χ(2)-ulinearitet på grunn av sin sentrosymmetriske krystallinske struktur. Bruken av anstrengt silisium har ført til interessante resultater allerede [2], men ikke-linearitetene tillater ennå ikke praktiske enheter. Toppmoderne silisiumfotoniske modulatorer er derfor fortsatt avhengige av fri-bærer-spredning i pn- eller pin-kryss [3–5]. Foroverforspente kryss har vist seg å vise et spenningslengdeprodukt så lavt som VπL = 0,36 V mm, men modulasjonshastigheten er begrenset av dynamikken til minoritetsbærere. Likevel er det generert datahastigheter på 10 Gbit/s ved hjelp av en forutheving av det elektriske signalet [4]. Ved å bruke omvendte forspente kryss i stedet, har båndbredden blitt 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 fasemodulering, noe som gjør utnyttelsen av den elektro-optiske 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 fig. 1(a). Den består av en spaltebølgeleder som styrer det optiske feltet, og to silisiumstrimler som elektrisk kobler den optiske bølgelederen til de metalliske elektrodene. Elektrodene er plassert utenfor det optiske modale feltet for å unngå optiske tap [13], fig. 1(b). Enheten er belagt med et elektro-optisk organisk materiale som jevnt fyller spalten. Den modulerende spenningen bæres av den metalliske elektriske bølgelederen og faller av over sporet takket være de ledende silisiumstripene. Det resulterende elektriske feltet endrer deretter brytningsindeksen i spalten gjennom den ultraraske elektrooptiske effekten. Siden spalten har en bredde i størrelsesorden 100 nm, er noen få volt nok til å generere meget sterke modulerende felt som er i størrelsesorden av den dielektriske styrken til de fleste materialer. Strukturen har en høy modulasjonseffektivitet siden både de modulerende og de optiske feltene er konsentrert inne i sporet, fig. 1(b) [14]. Faktisk er de første implementeringene av SOH-modulatorer med subvolt-drift [11] allerede vist, og sinusformet modulasjon opp til 40 GHz ble demonstrert [15,16]. Utfordringen med å bygge lavspente høyhastighets SOH-modulatorer er imidlertid å lage en svært ledende forbindelsesstripe. I en ekvivalent krets kan sporet representeres av en kondensator C og de ledende strimlene av motstander R, fig. 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 silisiumstrimlene [10,14]. Mens doping øker ledningsevnen til silisiumstrimlene (og derfor øker optiske tap), betaler man en ekstra tapsstraff fordi elektronmobiliteten svekkes av urenhetsspredning [10,14,19]. Dessuten viste de siste fabrikasjonsforsøkene uventet lav ledningsevne.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. lokalisert 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 firma er hovedsakelig engasjert i uavhengig forskning og utvikling, design, produksjon, salg av optoelektroniske produkter, og tilbyr innovative løsninger og profesjonelle, personlige tjenester for vitenskapelige forskere og industriingeniører. Etter år med uavhengig innovasjon har den dannet en rik og perfekt serie med fotoelektriske produkter, som er mye brukt i kommunale, militære, transport, elektrisk kraft, finans, utdanning, medisinsk og andre industrier.
Vi ser frem til samarbeidet med deg!
Innleggstid: 29. mars 2023