Modulador electroóptico de alto rendemento: modulador de niobato de litio de película fina

Modulador electroóptico de alto rendemento:modulador de niobato de litio de película fina

Un modulador electroóptico (Modulador EOM) é un modulador fabricado mediante o efecto electroóptico de certos cristais electroópticos, que poden converter sinais electrónicos de alta velocidade en dispositivos de comunicación en sinais ópticos. Cando o cristal electroóptico se somete a un campo eléctrico aplicado, o índice de refracción do cristal electroóptico cambia e as características da onda óptica do cristal tamén cambian en consecuencia, para realizar a modulación da amplitude, fase e estado de polarización do sinal óptico e converter o sinal electrónico de alta velocidade no dispositivo de comunicación nun sinal óptico mediante modulación.

Na actualidade, existen tres tipos principais demoduladores electroópticosno mercado: moduladores baseados en silicio, moduladores de fosfuro de indio e moduladores de película finamodulador de niobato de litioEntre eles, o silicio non ten un coeficiente electroóptico directo, o rendemento é máis xeral, só é axeitado para a produción de módulos transceptores de transmisión de datos de curta distancia, aínda que o fosfuro de indio é axeitado para módulos transceptores de redes de comunicación óptica de media e longa distancia, pero os requisitos do proceso de integración son extremadamente altos, o custo é relativamente alto e a aplicación está suxeita a certas limitacións. En contraste, o cristal de niobato de litio non só é rico en efecto fotoeléctrico, senón que tamén ten un efecto fotorrefractivo, un efecto non lineal, un efecto electroóptico, un efecto óptico acústico, un efecto piezoeléctrico e un efecto termoeléctrico, e grazas á súa estrutura reticular e á rica estrutura de defectos, moitas propiedades do niobato de litio poden regularse en gran medida mediante a composición cristalina, o dopado de elementos, o control do estado de valencia, etc. Consigue un rendemento fotoeléctrico superior, como o coeficiente electroóptico de ata 30,9 pm/V, significativamente maior que o fosfuro de indio, e ten un pequeno efecto de chirrido (efecto de chirrido: refírese ao fenómeno de que a frecuencia dentro do pulso cambia co tempo durante o proceso de transmisión do pulso láser. Un efecto de chirrido maior resulta nunha menor relación sinal-ruído e un efecto non lineal), unha boa relación de extinción (a relación de potencia media do estado "activado" do sinal ao seu estado "apagado") e unha estabilidade superior do dispositivo. Ademais, o mecanismo de funcionamento do modulador de niobato de litio de película fina é diferente do modulador baseado en silicio e do modulador de fosfuro de indio que emprega métodos de modulación non lineal, que empregan un efecto electroóptico lineal para cargar o sinal modulado electricamente na portadora óptica, e a taxa de modulación está determinada principalmente polo rendemento do eléctrodo de microondas, polo que se pode conseguir unha maior velocidade de modulación e linealidade, así como un menor consumo de enerxía. Baseándose no anterior, o niobato de litio converteuse nunha opción ideal para a preparación de moduladores electroópticos de alto rendemento, que teñen unha ampla gama de aplicacións en redes de comunicación óptica coherentes de 100G/400G e centros de datos de velocidade ultra alta, e poden alcanzar longas distancias de transmisión de máis de 100 quilómetros.

O niobato de litio como material subversivo da "revolución fotónica", aínda que en comparación co silicio e o fosfuro de indio ten moitas vantaxes, adoita aparecer en forma de material a granel no dispositivo, a luz está limitada á guía de onda plana formada por difusión iónica ou intercambio de protóns, a diferenza do índice de refracción adoita ser relativamente pequena (aproximadamente 0,02) e o tamaño do dispositivo é relativamente grande. É difícil satisfacer as necesidades de miniaturización e integración dedispositivos ópticos, e a súa liña de produción aínda é diferente da liña de proceso microelectrónico real, e existe un problema de alto custo, polo que a formación de películas finas é unha dirección de desenvolvemento importante para o niobato de litio utilizado en moduladores electroópticos.