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

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

Modulator elektro-optik (Modulator EOMModulator ini dibuat menggunakan efek elektro-optik dari kristal elektro-optik tertentu, yang dapat mengubah sinyal elektronik berkecepatan tinggi dalam 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 sesuai, sehingga mewujudkan modulasi amplitudo, fase, dan keadaan polarisasi sinyal optik, dan mengubah sinyal elektronik berkecepatan tinggi dalam perangkat komunikasi menjadi sinyal optik melalui modulasi.

Saat ini, ada tiga jenis utamamodulator elektro-optikDi pasaran: modulator berbasis silikon, modulator indium fosfida, dan film tipis.modulator litium niobatDi antara material tersebut, silikon tidak memiliki koefisien elektro-optik langsung, kinerjanya lebih umum, hanya cocok untuk produksi modulator transceiver transmisi data jarak pendek, sedangkan indium fosfida meskipun cocok untuk modul transceiver jaringan komunikasi optik jarak menengah hingga jauh, namun persyaratan proses integrasinya sangat tinggi, biayanya relatif tinggi, dan aplikasinya memiliki keterbatasan tertentu. Sebaliknya, kristal litium niobate tidak hanya kaya akan efek fotolistrik, tetapi juga memiliki efek fotorefraktif, efek nonlinier, efek elektro-optik, efek akustik optik, efek piezoelektrik, dan efek termoelektrik yang setara. Berkat struktur kisi dan struktur cacatnya yang kaya, banyak sifat litium niobate dapat diatur secara signifikan melalui komposisi kristal, doping elemen, kontrol keadaan valensi, dan lain-lain. Kristal ini mampu mencapai kinerja fotolistrik yang unggul, seperti koefisien elektro-optik hingga 30,9 pm/V, jauh lebih tinggi daripada indium fosfida, dan memiliki efek chirp yang kecil (efek chirp: mengacu pada fenomena perubahan frekuensi dalam pulsa seiring waktu selama proses transmisi pulsa laser. Efek chirp yang lebih besar menghasilkan rasio sinyal terhadap derau yang lebih rendah dan efek nonlinier), rasio kepunahan yang baik (rasio daya rata-rata keadaan "aktif" sinyal terhadap keadaan "nonaktifnya"), dan stabilitas perangkat yang unggul. Selain itu, mekanisme kerja modulator litium niobate film tipis berbeda dari modulator berbasis silikon dan modulator indium fosfida yang menggunakan metode modulasi nonlinier, yang menggunakan efek elektro-optik linier untuk memuat sinyal termodulasi listrik ke pembawa optik, dan laju modulasi terutama ditentukan oleh kinerja elektroda gelombang mikro, sehingga kecepatan dan linearitas modulasi yang lebih tinggi serta konsumsi daya yang lebih rendah dapat dicapai. Berdasarkan hal tersebut, litium niobate telah menjadi pilihan ideal untuk pembuatan modulator elektro-optik berkinerja tinggi, yang memiliki berbagai aplikasi dalam jaringan komunikasi optik koheren 100G/400G dan pusat data berkecepatan ultra tinggi, dan dapat mencapai jarak transmisi yang jauh lebih dari 100 kilometer.

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