Høyere integrert tynnfilm litium niobate elektrooptisk modulator

Høy linearitetElektrooptisk modulatorog mikrobølgeovnsapplikasjon
Med de økende kravene til kommunikasjonssystemer, for å forbedre signalens overføringseffektivitet, vil folk smelte sammen fotoner og elektroner for å oppnå komplementære fordeler, og mikrobølgeovn -fotonikk vil bli født. Den elektrooptiske modulatoren er nødvendig for konvertering av elektrisitet til å lyse iMikrobølgeovn fotoniske systemer, og dette nøkkeltrinnet bestemmer vanligvis ytelsen til hele systemet. Siden konvertering av radiofrekvenssignal til optisk domene er en analog signalprosess og vanligElektrooptiske modulatorerhar iboende ikke -linearitet, det er alvorlig signalforvrengning i konverteringsprosessen. For å oppnå omtrentlig lineær modulasjon, er driftspunktet til modulatoren vanligvis fikset ved ortogonal skjevhetspunkt, men det kan fremdeles ikke oppfylle kravene til mikrobølgeovn -fotonlink for modulatorens linearitet. Elektrooptiske modulatorer med høy linearitet er presserende nødvendig.

Den høyhastighets brytningsindeksmodulering av silisiummaterialer oppnås vanligvis ved Free Carrier Plasma Dispersion (FCD) -effekten. Både FCD -effekten og PN -koblingsmodulasjonen er ikke -lineær, noe som gjør silisiummodulatoren mindre lineær enn litiumniobatmodulatoren. Litium niobatmaterialer viser utmerketElektrooptisk modulasjonegenskaper på grunn av deres pucker -effekt. Samtidig har litiumniobatmateriale fordelene med stor båndbredde, gode modulasjonsegenskaper, lavt tap, enkel integrasjon og kompatibilitet med halvlederprosess, bruk av tynn filmlitiumniobat for å lage høy ytelse elektro-optisk modulator, sammenlignet med silikon nesten ingen kort plate, men også også å oppnå high-linar, sammenlignet med silikon. Tynnfilm litium niobate (LNOI) elektrooptisk modulator på isolator har blitt en lovende utviklingsretning. Med utviklingen av tynnfilm litiumniobatmaterialeforberedelsesteknologi og bølgeleder etseteknologi, har den høye konverteringseffektiviteten og høyere integrasjon av tynnfilm litiumniobatelektrooptisk modulator blitt feltet internasjonal akademia og industri.

Kjennetegn på tynnfilm litium niobate
I USA har DAP AR -planleggingen gjort følgende evaluering av litiumniobatmaterialer: Hvis sentrum av den elektroniske revolusjonen er oppkalt etter silisiummaterialet som gjør det mulig, vil sannsynligvis fødestedet til Photonics Revolution bli oppkalt etter litium niobate. Dette er fordi litiumniobat integrerer elektrooptisk effekt, akusto-optisk effekt, piezoelektrisk effekt, termoelektrisk effekt og fotorefraktiv effekt i en, akkurat som silisiummaterialer innen optikk.

Når det gjelder optiske overføringskarakteristikker, har INP-materiale det største overføringsstapet på chip på grunn av absorpsjon av lys i det ofte brukte 1550nm-båndet. SiO2 og silisiumnitrid har de beste overføringsegenskapene, og tapet kan nå nivået på ~ 0,01 dB/cm; For tiden kan bølgelederens tap av tynnfilm litium niobate bølgeleder nå nivået på 0,03 dB/cm, og tapet av tynnfilm litium niobate bølgeleder har potensialet til å reduseres ytterligere med den kontinuerlige forbedringen av det teknologiske nivået i fremtiden. Derfor vil det tynne filmen litiumniobatmateriale vise god ytelse for passive lysstrukturer som fotosyntetisk bane, shunt og mikroring.

Når det gjelder lysgenerering, er det bare INP som har muligheten til å avgi lys direkte; Derfor, for anvendelse av mikrobølgeovn, er det nødvendig å introdusere den INP -baserte lyskilden på den LNOI -baserte fotoniske integrerte ChIP ved hjelp av sveising eller epitaksial vekst. Når det gjelder lysmodulering, har det blitt vektlagt over at litiumniobatmateriale for tynnfilm er lettere å oppnå større modulasjonsbåndbredde, lavere halvbølge spenning og lavere overføringstap enn INP og Si. Dessuten er den høye lineariteten av elektrooptisk modulering av litiumniobatmaterialer med tynnfilm essensielt for alle mikrobølgefotonapplikasjoner.

Når det gjelder optisk ruting, gjør den høyhastighets elektrooptiske responsen til tynnfilm litiumniobatmateriale det LNOI-baserte optiske bryteren i stand til høyhastighets optisk rutingskytte, og strømforbruket av slik høyhastighetsoverføring er også veldig lav. For den typiske anvendelsen av integrert mikrobølgeovn-teknologi, har den optisk kontrollerte stråleformet brikken evnen til høyhastighetsoverføring for å imøtekomme behovene til hurtigstråleskanning, og egenskapene til ultra-lav strømforbruk er godt tilpasset de strenge kravene til storskala faset array-system. Selv om den INP-baserte optiske bryteren også kan realisere høyhastighets optisk banebytte, vil den innføre stor støy, spesielt når den optiske bryteren med flere nivåer er kaskadert, vil støykoeffisienten bli alvorlig forverret. Silisium, SiO2 og silisiumnitridmaterialer kan bare bytte optiske baner gjennom den termo-optiske effekten eller bærerdispersjonseffekten, som har ulempene med høyt strømforbruk og langsom bytthastighet. Når matrisens størrelse på den fasede matrisen er stor, kan den ikke oppfylle kravene til strømforbruk.

Når det gjelder optisk amplifisering,halvleder optisk forsterker (SOA) Basert på INP har vært moden for kommersiell bruk, men det har ulempene med høy støykoeffisient og lav metningsutgangseffekt, noe som ikke bidrar til anvendelse av mikrobølgeovn. Den parametriske amplifiseringsprosessen av tynnfilm litiumniobatbølgeleder basert på periodisk aktivering og inversjon kan oppnå lav støy og høy effekt på chip optisk amplifisering, som godt kan oppfylle kravene til integrert mikrobølgeovn-teknologi for optisk amplifisering på chip.

Når det gjelder lysdeteksjon, har tynnfilmlitiumniobatet gode transmisjonsegenskaper til lys i 1550 nm -bånd. Funksjonen til fotoelektrisk konvertering kan ikke realiseres, så for mikrobølgefotonapplikasjoner, for å imøtekomme behovene til fotoelektrisk konvertering på brikken. Ingaas eller GE-Si deteksjonsenheter må introduseres på LNOI-baserte fotoniske integrerte brikker ved å losse sveising eller epitaksial vekst. Når det gjelder kobling med optisk fiber, fordi den optiske fiberen i seg selv er SiO2 -materiale, har modusfeltet til SiO2 -bølgeleder den høyeste matchende grad med modusfeltet til optisk fiber, og koblingen er den mest praktiske. Modusfeltdiameteren til den sterkt begrensede bølgelederen til tynnfilm litiumniobat er omtrent 1μm, noe som er ganske forskjellig fra modusfeltet til optisk fiber, så riktig modus spottransformasjon må utføres for å matche modusfeltet til optisk fiber.

Når det gjelder integrasjon, avhenger om forskjellige materialer har et høyt integrasjonspotensial hovedsakelig avhengig av bøyningsradiusen til bølgelederen (påvirket av begrensningen av bølgeledermodusfeltet). Den sterkt begrensede bølgelederen tillater en mindre bøyningsradius, noe som er mer gunstig for realiseringen av høy integrasjon. Derfor har tynnfilm litiumniobatbølgeledere potensialet til å oppnå høy integrasjon. Derfor gjør utseendet til tynnfilm litiumniobat det mulig for litiumniobatmateriale å virkelig spille rollen som optisk "silisium". For anvendelse av mikrobølgeovn er fordelene med tynnfilm litiumniobat mer åpenbare.