Modulador electro-óptico de niobato de litio de película fina integrado superior

Alta linealidademodulador electro-ópticoe aplicación de fotóns de microondas
Cos crecentes requisitos dos sistemas de comunicación, para mellorar aínda máis a eficiencia de transmisión dos sinais, as persoas fusionarán fotóns e electróns para conseguir vantaxes complementarias, e nacerá a fotónica de microondas. O modulador electro-óptico é necesario para a conversión de electricidade en luzsistemas fotónicos de microondas, e este paso clave normalmente determina o rendemento de todo o sistema. Xa que a conversión do sinal de radiofrecuencia ao dominio óptico é un proceso de sinal analóxico e ordinariomoduladores electro-ópticosteñen unha non linealidade inherente, hai unha distorsión grave do sinal no proceso de conversión. Para conseguir unha modulación lineal aproximada, o punto de funcionamento do modulador adoita fixarse ​​no punto de polarización ortogonal, pero aínda non pode cumprir os requisitos do enlace de fotóns de microondas para a linealidade do modulador. Necesítanse con urxencia moduladores electro-ópticos con alta linealidade.

A modulación do índice de refracción de alta velocidade dos materiais de silicio adoita conseguirse polo efecto de dispersión de plasma de portador libre (FCD). Tanto o efecto FCD como a modulación da unión PN son non lineais, o que fai que o modulador de silicio sexa menos lineal que o modulador de niobato de litio. Os materiais de niobato de litio presentan excelentesmodulación electro-ópticapropiedades debido ao seu efecto Pucker. Ao mesmo tempo, o material de niobato de litio ten as vantaxes de gran ancho de banda, boas características de modulación, baixa perda, fácil integración e compatibilidade co proceso de semicondutores, o uso de niobato de litio de película fina para facer un modulador electro-óptico de alto rendemento, en comparación co silicio. case sen "placa curta", pero tamén para lograr unha alta linealidade. O modulador electro-óptico de niobato de litio de película fina (LNOI) no illante converteuse nunha dirección de desenvolvemento prometedora. Co desenvolvemento da tecnoloxía de preparación de material de niobato de litio de película fina e tecnoloxía de gravado de guía de ondas, a alta eficiencia de conversión e a maior integración do modulador electro-óptico de niobato de litio de película fina converteuse no campo da academia e da industria internacionais.

Características do niobato de litio de película fina
Nos Estados Unidos, a planificación DAP AR realizou a seguinte avaliación dos materiais de niobato de litio: se o centro da revolución electrónica recibe o nome do material de silicio que o fai posible, é probable que o lugar de nacemento da revolución fotónica leve o nome de niobato de litio. . Isto débese a que o niobato de litio integra nun mesmo efecto electro-óptico, efecto acústico-óptico, efecto piezoeléctrico, efecto termoeléctrico e efecto fotorefractivo, do mesmo xeito que os materiais de silicio no campo da óptica.

En canto ás características de transmisión óptica, o material InP ten a maior perda de transmisión no chip debido á absorción de luz na banda de 1550 nm de uso común. SiO2 e nitruro de silicio teñen as mellores características de transmisión, e a perda pode alcanzar o nivel de ~ 0,01 dB/cm; Actualmente, a perda da guía de ondas da guía de ondas de niobato de litio de película delgada pode alcanzar o nivel de 0,03 dB/cm, e a perda da guía de ondas de niobato de litio de película delgada pode reducirse aínda máis coa mellora continua do nivel tecnolóxico no futuro. Polo tanto, o material de niobato de litio de película fina mostrará un bo rendemento para estruturas de luz pasivas como o camiño fotosintético, o shunt e o microring.

En canto á xeración de luz, só InP ten a capacidade de emitir luz directamente; Polo tanto, para a aplicación de fotóns de microondas, é necesario introducir a fonte de luz baseada en InP no chip integrado fotónico baseado en LNOI mediante a soldadura de retrocarga ou o crecemento epitaxial. En termos de modulación da luz, subliñouse anteriormente que o material de niobato de litio de película delgada é máis fácil de conseguir un maior ancho de banda de modulación, menor voltaxe de media onda e menor perda de transmisión que InP e Si. Ademais, a alta linealidade da modulación electro-óptica dos materiais de niobato de litio de película fina é esencial para todas as aplicacións de fotóns de microondas.

En termos de enrutamento óptico, a resposta electro-óptica de alta velocidade do material de niobato de litio de película delgada fai que o interruptor óptico baseado en LNOI sexa capaz de cambiar o enrutamento óptico de alta velocidade e o consumo de enerxía desta conmutación de alta velocidade tamén é moi baixo. Para a aplicación típica da tecnoloxía de fotóns de microondas integrada, o chip de formación de feixe controlado ópticamente ten a capacidade de cambiar a alta velocidade para satisfacer as necesidades de dixitalización de feixe rápido e as características do consumo de enerxía ultrabaixo están ben adaptadas aos estritos requisitos dos grandes -Scale phased array system. Aínda que o interruptor óptico baseado en InP tamén pode realizar a conmutación de camiños ópticos de alta velocidade, introducirá un gran ruído, especialmente cando o interruptor óptico multinivel está en cascada, o coeficiente de ruído deteriorarase seriamente. Os materiais de silicio, SiO2 e nitruro de silicio só poden cambiar camiños ópticos a través do efecto termo-óptico ou do efecto de dispersión do portador, que ten as desvantaxes dun alto consumo de enerxía e unha velocidade de conmutación lenta. Cando o tamaño da matriz en fases é grande, non pode cumprir os requisitos de consumo de enerxía.

En canto á amplificación óptica, oamplificador óptico semicondutor (SOA) baseado en InP foi maduro para uso comercial, pero ten as desvantaxes dun alto coeficiente de ruído e unha baixa potencia de saída de saturación, o que non é propicio para a aplicación de fotóns de microondas. O proceso de amplificación paramétrica da guía de ondas de niobato de litio de película fina baseado na activación e inversión periódicas pode lograr unha amplificación óptica no chip de baixo ruído e alta potencia, que ben pode cumprir os requisitos da tecnoloxía de fotóns de microondas integrada para a amplificación óptica no chip.

En termos de detección de luz, o niobato de litio de película fina ten boas características de transmisión á luz na banda de 1550 nm. A función de conversión fotoeléctrica non se pode realizar, polo que para aplicacións de fotóns de microondas, para satisfacer as necesidades de conversión fotoeléctrica no chip. As unidades de detección InGaAs ou Ge-Si deben ser introducidas en chips integrados fotónicos baseados en LNOI mediante soldadura por retrocarga ou crecemento epitaxial. En termos de acoplamento coa fibra óptica, porque a propia fibra óptica é material de SiO2, o campo de modo da guía de ondas de SiO2 ten o grao de coincidencia máis alto co campo de modo da fibra óptica e o acoplamento é o máis conveniente. O diámetro do campo de modo da guía de ondas fortemente restrinxida de niobato de litio de película fina é de aproximadamente 1 μm, o que é bastante diferente do campo de modo da fibra óptica, polo que debe realizarse unha transformación de punto de modo adecuada para que coincida co campo de modo da fibra óptica.

En termos de integración, se varios materiais teñen un alto potencial de integración depende principalmente do raio de curvatura da guía de ondas (afectado pola limitación do campo do modo de guía de ondas). A guía de ondas fortemente restrinxida permite un menor radio de curvatura, o que favorece a realización dunha alta integración. Polo tanto, as guías de ondas de niobato de litio de película fina teñen o potencial de lograr unha alta integración. Polo tanto, a aparición de niobato de litio de película fina fai posible que o material de niobato de litio desempeñe realmente o papel de "silicio" óptico. Para a aplicación de fotóns de microondas, as vantaxes do niobato de litio de película fina son máis obvias.