Modulador electroóptico de niobato de litio de película fina integrado superior

Alta linealidademodulador electroópticoe aplicación de fotóns de microondas
Coas crecentes esixencias dos sistemas de comunicación, para mellorar aínda máis a eficiencia da transmisión de sinais, a xente fusionará fotóns e electróns para lograr vantaxes complementarias, e así nacerá a fotónica de microondas. O modulador electroóptico é necesario para a conversión de electricidade en luz.sistemas fotónicos de microondas, e este paso clave adoita determinar o rendemento de todo o sistema. Dado que a conversión do sinal de radiofrecuencia ao dominio óptico é un proceso de sinal analóxico e o ordinariomoduladores electroópticosteñen unha non linealidade inherente, hai unha distorsión grave do sinal no proceso de conversión. Para lograr unha modulación lineal aproximada, o punto de funcionamento do modulador adoita fixarse ​​no punto de polarización ortogonal, pero aínda así non pode cumprir os requisitos da ligazón de fotóns de microondas para a linealidade do modulador. Necesítanse con urxencia moduladores electroópticos con alta linealidade.

A modulación do índice de refracción de alta velocidade dos materiais de silicio adoita conseguirse mediante o 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 excelentes...modulación electroópticapropiedades debido ao seu efecto Pucker. Ao mesmo tempo, o material de niobato de litio ten as vantaxes dunha gran largura de banda, boas características de modulación, baixas perdas, fácil integración e compatibilidade co proceso de semicondutores. O uso de niobato de litio de película fina para fabricar un modulador electroóptico de alto rendemento, en comparación co silicio case sen "placa curta", pero tamén para conseguir unha alta linealidade. O modulador electroóptico de niobato de litio de película fina (LNOI) sobre illante converteuse nunha prometedora dirección de desenvolvemento. Co desenvolvemento da tecnoloxía de preparación de materiais de niobato de litio de película fina e a tecnoloxía de gravado de guías de ondas, a alta eficiencia de conversión e a maior integración do modulador electroóptico de niobato de litio de película fina convertéronse no campo da academia e a 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 leva o nome do material de silicio que a fai posible, entón é probable que o berce da revolución fotónica leve o nome de niobato de litio. Isto débese a que o niobato de litio integra o efecto electroóptico, o efecto acústicoóptico, o efecto piezoeléctrico, o efecto termoeléctrico e o efecto fotorrefractivo nun só elemento, do mesmo xeito que os materiais de silicio no campo da óptica.

En termos de 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. O SiO2 e o nitruro de silicio teñen as mellores características de transmisión e a perda pode alcanzar o nivel de ~ 0,01 dB/cm; Na actualidade, a perda da guía de ondas de niobato de litio de película fina pode alcanzar o nivel de 0,03 dB/cm, e a perda da guía de ondas de niobato de litio de película fina ten o potencial de 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 as rutas fotosintéticas, as derivacións e os microanel.

En termos de xeración de luz, só o 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 soldadura de retrocarga ou crecemento epitaxial. En termos de modulación da luz, xa se destacou anteriormente que o material de niobato de litio de película fina consegue con maior facilidade un maior ancho de banda de modulación, unha menor tensión de media onda e unha menor perda de transmisión que o InP e o Si. Ademais, a alta linealidade da modulación electroóptica 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 electroóptica de alta velocidade do material de niobato de litio de película fina fai que o interruptor óptico baseado en LNOI sexa capaz de realizar conmutación de 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 opticamente ten a capacidade de conmutación de alta velocidade para satisfacer as necesidades de dixitalización rápida de feixes, e as características de consumo de enerxía ultrabaixo adáptanse ben aos estritos requisitos do sistema de matriz en fase a grande escala. Aínda que o interruptor óptico baseado en InP tamén pode realizar unha conmutación de ruta óptica 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 as rutas ópticas a través do efecto termoóptico ou efecto de dispersión de portadora, o que ten as desvantaxes dun alto consumo de enerxía e unha velocidade de conmutación lenta. Cando o tamaño da matriz da matriz en fase é grande, non pode cumprir os requisitos de consumo de enerxía.

En canto á amplificación óptica, aamplificador óptico de semicondutores (SOA) baseado en InP madurou para o 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, o que pode cumprir ben os requisitos da tecnoloxía de fotóns de microondas integrada para a amplificación óptica no chip.

En termos de detección de luz, a película fina de niobato de litio 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 da conversión fotoeléctrica no chip, é necesario introducir unidades de detección de InGaAs ou Ge-Si en chips integrados fotónicos baseados en LNOI mediante soldadura de retrocarga ou crecemento epitaxial. En termos de acoplamento con fibra óptica, debido a que a propia fibra óptica é material SiO2, o campo de modo da guía de ondas de SiO2 ten o maior grao de coincidencia 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 película fina de niobato de litio é de aproximadamente 1 μm, o que é bastante diferente do campo de modo da fibra óptica, polo que se debe levar a cabo unha transformación puntual de modo axeitada para coincidir co campo de modo da fibra óptica.

En termos de integración, o alto potencial de integración dos distintos materiais depende principalmente do radio de curvatura da guía de ondas (afectado pola limitación do campo de modo da guía de ondas). A guía de ondas fortemente restrinxida permite un radio de curvatura máis pequeno, o que favorece máis a consecución 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 permite que o material de niobato de litio realmente desempeñe o papel de "silicio" óptico. Para a aplicación de fotóns de microondas, as vantaxes do niobato de litio de película fina son máis obvias.