Fordeler og betydning av tynnfilm litium niobate i integrert mikrobølgeovn fotonteknologi
Mikrobølgeovn Photon TechnologyHar fordelene med stor arbeidsbåndbredde, sterk parallell prosesseringsevne og lavt overføringstap, som har potensial til å bryte den tekniske flaskehalsen til tradisjonelt mikrobølgeovnsystem og forbedre ytelsen til militært elektronisk informasjonsutstyr som radar, elektronisk krigføring, kommunikasjon og måling og kontroll. Imidlertid har mikrobølgeovn -fotonsystemet basert på diskrete enheter noen problemer som stort volum, tung vekt og dårlig stabilitet, som seriøst begrenser anvendelsen av mikrobølgeovn -teknologi i rombårne og luftbårne plattformer. Derfor blir integrert mikrobølgeovn foton -teknologi en viktig støtte for å bryte anvendelsen av mikrobølgeovn foton i militært elektronisk informasjonssystem og gi full spill til fordelene med mikrobølgeovn foton -teknologi.
For tiden har SI-basert fotonisk integrasjonsteknologi og INP-basert fotonisk integrasjonsteknologi blitt mer og mer modne etter mange års utvikling innen optisk kommunikasjon, og mange produkter har blitt satt i markedet. For anvendelse av mikrobølgefoton er det imidlertid noen problemer i disse to typene fotonintegrasjonsteknologier: for eksempel er den ikke-lineære elektrooptiske koeffisienten til SI-modulator og INP-modulatoren i strid med den høye lineariteten og store dynamiske egenskaper fulgt av mikrobølgeovn foton-teknologi; For eksempel har den silisium optiske bryteren som realiserer optisk banebytte, enten den er basert på termisk-optisk effekt, piezoelektrisk effekt eller bærerinjeksjonsspredningseffekt, problemene med langsom byttehastighet, strømforbruk og varmeforbruk, som ikke kan oppfylle hurtigstrålens skanning og stor array-skala mikrobølgeovn.
Litium niobate har alltid vært førstevalget for høy hastighetElektrooptisk modulasjonMaterialer på grunn av den utmerkede lineære elektrooptiske effekten. Imidlertid den tradisjonelle litiumniobatetElektrooptisk modulatorer laget av massivt litiumniobatkrystallmateriale, og enhetsstørrelsen er veldig stor, som ikke kan imøtekomme behovene til integrert mikrobølgeovn foton -teknologi. Hvordan integrere litiumniobatmaterialer med lineær elektrooptisk koeffisient i det integrerte mikrobølgefoton-teknologisystemet har blitt målet for relevante forskere. I 2018 rapporterte et forskerteam fra Harvard University i USA først den fotoniske integrasjonsteknologien basert på tynnfilm litiumniobat i naturen, fordi teknologien har fordelene med høy integrasjon, stor elektrooptisk modulasjonsbåndbredde, og høy linearitet av elektro-optisk effekt, en gang startet og mikrows den akademiske og industrielle oppmerksomhet i det feltet i det akademiske. Fra perspektivet til mikrobølgefotonapplikasjon gjennomgår denne artikkelen påvirkningen og betydningen av fotonintegrasjonsteknologi basert på tynnfilm litiumniobat på utviklingen av mikrobølgeovn -teknologi.
Tynn film litium niobatmateriale og tynn filmLitium niobatmodulator
I løpet av de siste to årene har det dukket opp en ny type litiumniobatmateriale, det vil si at litium-niobatfilmen er eksfoliert fra den massive litiumniobatkrystallen ved metoden "ion Slicing" og bundet til Si Wafer med en silisiums-buffer for å danne lnoi (Linbo3-in-insulator). Ridge -bølgeledere med en høyde på mer enn 100 nanometer kan etses på tynnfilm litiumniobatmaterialer ved å optimalisert tørr etsingsprosess, og den effektive brytningsindeksforskjellen på bølgeledere som dannes kan nå mer enn 0,8 (det er langt høyere enn det som er vist på det som er vist til å matche. med mikrobølgeovnfeltet når du designer modulatoren. Dermed er det gunstig å oppnå lavere halvbølge spenning og større modulasjonsbåndbredde i kortere lengde.
Utseendet til lavt tap litium niobate submicron bølgeleder bryter flaskehalsen av høy kjørespenning av tradisjonell litiumniobatelektrooptisk modulator. Elektrodeavstanden kan reduseres til ~ 5 μm, og overlappingen mellom det elektriske feltet og det optiske modusfeltet er kraftig økt, og Vπ · L avtar fra mer enn 20 V · cm til mindre enn 2,8 V · cm. Derfor, under den samme halvbølgespenningen, kan lengden på enheten reduseres kraftig sammenlignet med den tradisjonelle modulatoren. Samtidig, etter å ha optimalisert parametrene for bredden, tykkelsen og intervallet til den omreisende bølgeelektroden, som vist på figuren, kan modulatoren ha muligheten til ultrahøy modulasjonsbåndbredde større enn 100 GHz.
Fig.1 （A） Beregnet modusfordeling og （B） Bilde av tverrsnittet av Ln Waveguide
Fig.2 （A） Bølgeleder og elektrodestruktur og （B） Coreplate of Ln Modulator
Sammenligningen av tynnfilm litiumniobatmodulatorer med tradisjonelle litiumniobat-kommersielle modulatorer, silisiumbaserte modulatorer og indiumfosfid (INP) modulatorer og andre eksisterende høyhastighets elektrooptiske modulatorer, hovedparametrene til sammenligningen inkluderer:
(1) Halvbølge volt-lengde produkt (Vπ · L, V · cm), måling av modulasjonseffektiviteten til modulatoren, jo mindre er verdien, jo høyere modulasjonseffektivitet;
(2) 3 dB-modulasjonsbåndbredde (GHz), som måler modulatorens respons på høyfrekvensmodulasjon;
(3) Optisk innsettingstap (DB) i modulasjonsregionen. Det kan sees fra tabellen at tynnfilm litiumniobatmodulator har åpenbare fordeler i modulasjonsbåndbredde, halvbølge spenning, optisk interpolasjonstap og så videre.
Silisium, som hjørnesteinen i integrert optoelektronikk, er utviklet så langt, prosessen er moden, dens miniatyrisering bidrar til storskala integrering av aktive/passive enheter, og dens modulator har vært bredt og dypt studert innen optisk kommunikasjon. Den elektro-optiske modulasjonsmekanismen til silisium er hovedsakelig bærer-depling-tion, bærerinjeksjon og transportør. Blant dem er båndbredden til modulatoren optimal med den lineære gradsbærer-uttømmingsmekanismen, men fordi den optiske feltfordelingen overlapper med ikke-ensartetheten i uttømmingsområdet, vil denne effekten introdusere ikke-lineær andreordens forvrengning og tredje ordre på.
INP-modulatoren har enestående elektrooptiske effekter, og flerlags kvantebrønnstruktur kan realisere ultrahøy hastighet og lav kjørespenningsmodulatorer med Vπ · L opp til 0,156V · mm. Variasjonen av brytningsindeks med elektrisk felt inkluderer imidlertid lineære og ikke-lineære termer, og økningen av elektrisk feltintensitet vil gjøre andreordens effekt fremtredende. Derfor må silisium- og INP-elektrooptiske modulatorer påføre skjevheter for å danne PN-krysset når de fungerer, og PN-krysset vil bringe absorpsjonstap i lys. Imidlertid er modulatorstørrelsen til disse to liten, den kommersielle INP -modulatorstørrelsen er 1/4 av LN -modulatoren. Høy modulasjonseffektivitet, egnet for høy tetthet og digitale optiske overføringsnettverk med kort avstand som datasentre. Den elektrooptiske effekten av litiumniobat har ingen lysabsorpsjonsmekanisme og lavt tap, som er egnet for langdistanse sammenhengendeOptisk kommunikasjonmed stor kapasitet og høy rate. I mikrobølgeovnen er de elektro-optiske koeffisientene til Si og INP ikke-lineære, noe som ikke er egnet for mikrobølgeovn-fotonsystemet som forfølger høy linearitet og stor dynamikk. Litiumniobatmaterialet er veldig egnet for mikrobølgefotonpåføring på grunn av den fullstendig lineære elektrooptiske modulasjonskoeffisienten.
Post Time: Apr-22-2024