Modulator elektro-optik berkinerja tinggi: modulator litium niobate film tipis

Modulator elektro-optik berkinerja tinggi:modulator litium niobate film tipis

Modulator elektro-optik (Modulator EOM) adalah modulator yang dibuat menggunakan efek elektro-optik kristal elektro-optik tertentu, yang dapat mengubah sinyal elektronik berkecepatan tinggi pada perangkat komunikasi menjadi sinyal optik. Ketika kristal elektro-optik dikenai medan listrik, indeks bias kristal elektro-optik akan berubah, dan karakteristik gelombang optik kristal juga akan berubah. Hal ini memungkinkan modulasi amplitudo, fase, dan polarisasi sinyal optik, serta mengubah sinyal elektronik berkecepatan tinggi pada perangkat komunikasi menjadi sinyal optik melalui modulasi.

Saat ini, ada tiga jenis utamamodulator elektro-optikdi pasaran: modulator berbasis silikon, modulator indium fosfida, dan modulator film tipismodulator litium niobateDi antara keduanya, silikon tidak memiliki koefisien elektro-optik langsung, kinerjanya lebih umum, dan hanya cocok untuk produksi modulator transceiver transmisi data jarak pendek. Indium fosfida, meskipun cocok untuk modul transceiver jaringan komunikasi optik jarak menengah-jauh, memiliki persyaratan proses integrasi yang sangat tinggi, biaya yang relatif tinggi, dan aplikasinya memiliki batasan tertentu. Sebaliknya, kristal litium niobat tidak hanya kaya akan efek fotolistrik, efek fotorefraksi, efek nonlinier, efek elektro-optik, efek optik akustik, efek piezoelektrik, dan efek termoelektrik sama dengan satu, dan berkat struktur kisi dan struktur cacatnya yang kaya, banyak sifat litium niobat dapat diatur secara besar-besaran oleh komposisi kristal, doping unsur, kontrol keadaan valensi, dll. Mencapai kinerja fotolistrik yang unggul, seperti koefisien elektro-optik hingga 30,9pm/V, jauh lebih tinggi daripada indium fosfida, dan memiliki efek kicauan kecil (efek kicauan: mengacu pada fenomena bahwa frekuensi dalam pulsa berubah seiring waktu selama proses transmisi pulsa laser. Efek kicauan yang lebih besar menghasilkan rasio sinyal terhadap derau yang lebih rendah dan efek nonlinier), rasio pemadaman yang baik (rasio daya rata-rata dari keadaan "aktif" sinyal terhadap keadaan "nonaktif"), dan stabilitas perangkat yang unggul. Selain itu, mekanisme kerja modulator litium niobat lapisan tipis berbeda dengan modulator berbasis silikon dan modulator indium fosfida yang menggunakan metode modulasi nonlinier. Modulator ini menggunakan efek elektro-optik linear untuk memuat sinyal termodulasi elektrik ke pembawa optik. Laju modulasi terutama ditentukan oleh kinerja elektroda gelombang mikro, sehingga kecepatan modulasi dan linearitas yang lebih tinggi serta konsumsi daya yang lebih rendah dapat dicapai. Berdasarkan hal tersebut, litium niobat telah menjadi pilihan ideal untuk pembuatan modulator elektro-optik berkinerja tinggi. Modulator ini memiliki rentang aplikasi yang luas dalam jaringan komunikasi optik koheren 100G/400G dan pusat data berkecepatan ultra-tinggi, serta dapat mencapai jarak transmisi yang jauh, lebih dari 100 kilometer.

Litium niobat sebagai material subversif dari "revolusi foton", meskipun memiliki banyak keunggulan dibandingkan silikon dan indium fosfida, seringkali muncul dalam bentuk material massal di dalam perangkat. Cahaya terbatas pada pandu gelombang bidang yang dibentuk oleh difusi ion atau pertukaran proton. Perbedaan indeks bias biasanya relatif kecil (sekitar 0,02), dan ukuran perangkat relatif besar. Hal ini menyulitkan untuk memenuhi kebutuhan miniaturisasi dan integrasi.perangkat optik, dan lini produksinya masih berbeda dari lini proses mikroelektronika aktual, dan terdapat masalah biaya tinggi, sehingga pembentukan film tipis merupakan arah pengembangan penting untuk litium niobat yang digunakan dalam modulator elektro-optik.