Linearitas tinggimodulator elektro-optikdan aplikasi foton gelombang mikro
Dengan meningkatnya kebutuhan sistem komunikasi, untuk lebih meningkatkan efisiensi transmisi sinyal, manusia akan menggabungkan foton dan elektron untuk mencapai keunggulan yang saling melengkapi, dan fotonik gelombang mikro akan lahir. Modulator elektro-optik diperlukan untuk konversi listrik menjadi cahaya disistem fotonik gelombang mikro, dan langkah kunci ini biasanya menentukan kinerja keseluruhan sistem. Karena konversi sinyal frekuensi radio ke domain optik adalah proses sinyal analog, danmodulator elektro-optikKarena memiliki sifat nonlinier yang inheren, terdapat distorsi sinyal yang serius dalam proses konversi. Untuk mencapai modulasi linier yang mendekati, titik operasi modulator biasanya ditetapkan pada titik bias ortogonal, tetapi masih belum dapat memenuhi persyaratan tautan foton gelombang mikro untuk linearitas modulator. Modulator elektro-optik dengan linearitas tinggi sangat dibutuhkan.
Modulasi indeks bias berkecepatan tinggi pada material silikon biasanya dicapai melalui efek dispersi plasma pembawa bebas (FCD). Baik efek FCD maupun modulasi sambungan PN bersifat nonlinier, sehingga modulator silikon kurang linier dibandingkan modulator litium niobat. Material litium niobat menunjukkan kinerja yang sangat baik.modulasi elektro-optikSifat-sifat tersebut disebabkan oleh efek Pucker. Material litium niobate memiliki keunggulan bandwidth yang besar, karakteristik modulasi yang baik, rugi-rugi rendah, integrasi yang mudah, dan kompatibilitas dengan proses semikonduktor. Penggunaan litium niobate film tipis untuk membuat modulator elektro-optik berkinerja tinggi, hampir tidak memiliki "pelat pendek" dibandingkan silikon, tetapi juga mencapai linearitas yang tinggi. Modulator elektro-optik litium niobate film tipis (LNOI) pada isolator telah menjadi arah pengembangan yang menjanjikan. Dengan perkembangan teknologi preparasi material litium niobate film tipis dan teknologi etsa pandu gelombang, modulator elektro-optik litium niobate film tipis dengan efisiensi konversi yang tinggi dan integrasi yang lebih tinggi telah menjadi bidang akademis dan industri internasional.
Karakteristik lapisan tipis litium niobat
Di Amerika Serikat, perencanaan DAP AR telah melakukan evaluasi berikut terhadap material litium niobat: jika pusat revolusi elektronik dinamai berdasarkan material silikon yang memungkinkannya, maka tempat lahirnya revolusi fotonik kemungkinan besar akan dinamai litium niobat. Hal ini karena litium niobat mengintegrasikan efek elektro-optik, efek akustik-optik, efek piezoelektrik, efek termoelektrik, dan efek fotorefraksi menjadi satu, layaknya material silikon di bidang optik.
Dalam hal karakteristik transmisi optik, material InP memiliki rugi transmisi on-chip terbesar karena penyerapan cahaya pada pita 1550 nm yang umum digunakan. SiO2 dan silikon nitrida memiliki karakteristik transmisi terbaik, dan rugi tersebut dapat mencapai sekitar 0,01 dB/cm; saat ini, rugi pandu gelombang litium niobat lapisan tipis dapat mencapai 0,03 dB/cm, dan rugi pandu gelombang litium niobat lapisan tipis berpotensi untuk dikurangi lebih lanjut seiring dengan peningkatan teknologi yang berkelanjutan di masa mendatang. Oleh karena itu, material litium niobat lapisan tipis akan menunjukkan kinerja yang baik untuk struktur cahaya pasif seperti jalur fotosintesis, shunt, dan cincin mikro.
Dalam hal pembangkitan cahaya, hanya InP yang mampu memancarkan cahaya secara langsung; Oleh karena itu, untuk aplikasi foton gelombang mikro, perlu diperkenalkan sumber cahaya berbasis InP pada chip terintegrasi fotonik berbasis LNOI melalui pengelasan backloading atau pertumbuhan epitaksial. Dalam hal modulasi cahaya, telah ditekankan sebelumnya bahwa material litium niobate lapisan tipis lebih mudah mencapai bandwidth modulasi yang lebih besar, tegangan setengah gelombang yang lebih rendah, dan rugi transmisi yang lebih rendah dibandingkan InP dan Si. Selain itu, linearitas modulasi elektro-optik yang tinggi dari material litium niobate lapisan tipis sangat penting untuk semua aplikasi foton gelombang mikro.
Dalam hal perutean optik, respons elektro-optik berkecepatan tinggi dari material litium niobate film tipis memungkinkan sakelar optik berbasis LNOI untuk melakukan peralihan perutean optik berkecepatan tinggi, dan konsumsi daya untuk peralihan berkecepatan tinggi tersebut juga sangat rendah. Untuk aplikasi umum teknologi foton gelombang mikro terintegrasi, chip pembentuk berkas yang dikontrol secara optik memiliki kemampuan peralihan berkecepatan tinggi untuk memenuhi kebutuhan pemindaian berkas yang cepat, dan karakteristik konsumsi daya yang sangat rendah sangat sesuai dengan persyaratan ketat sistem larik bertahap skala besar. Meskipun sakelar optik berbasis InP juga dapat mewujudkan peralihan jalur optik berkecepatan tinggi, hal ini akan menimbulkan derau yang besar, terutama ketika sakelar optik bertingkat dikaskade, yang akan menyebabkan penurunan koefisien derau yang signifikan. Material silikon, SiO2, dan silikon nitrida hanya dapat mengalihkan jalur optik melalui efek termo-optik atau efek dispersi pembawa, yang memiliki kelemahan berupa konsumsi daya yang tinggi dan kecepatan peralihan yang lambat. Ketika ukuran larik larik bertahap besar, hal ini tidak dapat memenuhi persyaratan konsumsi daya.
Dalam hal amplifikasi optik,penguat optik semikonduktor (SOA) berbasis InP telah matang untuk penggunaan komersial, tetapi memiliki kekurangan berupa koefisien derau yang tinggi dan daya keluaran saturasi yang rendah, sehingga kurang kondusif untuk aplikasi foton gelombang mikro. Proses amplifikasi parametrik pandu gelombang litium niobate film tipis berbasis aktivasi dan inversi periodik dapat mencapai amplifikasi optik on-chip dengan derau rendah dan daya tinggi, yang dapat memenuhi persyaratan teknologi foton gelombang mikro terintegrasi untuk amplifikasi optik on-chip.
Dalam hal deteksi cahaya, litium niobate film tipis memiliki karakteristik transmisi yang baik terhadap cahaya dalam pita 1550 nm. Fungsi konversi fotolistrik tidak dapat direalisasikan, jadi untuk aplikasi foton gelombang mikro, untuk memenuhi kebutuhan konversi fotolistrik pada chip. Unit deteksi InGaAs atau Ge-Si perlu diperkenalkan pada chip terintegrasi fotonik berbasis LNOI dengan pengelasan backloading atau pertumbuhan epitaxial. Dalam hal kopling dengan serat optik, karena serat optik itu sendiri adalah bahan SiO2, medan mode pandu gelombang SiO2 memiliki tingkat kecocokan tertinggi dengan medan mode serat optik, dan koplingnya adalah yang paling nyaman. Diameter medan mode pandu gelombang litium niobate film tipis yang sangat dibatasi adalah sekitar 1μm, yang sangat berbeda dari medan mode serat optik, sehingga transformasi titik mode yang tepat harus dilakukan untuk mencocokkan medan mode serat optik.
Dalam hal integrasi, potensi integrasi yang tinggi pada berbagai material terutama bergantung pada radius tekuk pandu gelombang (dipengaruhi oleh keterbatasan medan mode pandu gelombang). Pandu gelombang yang sangat terbatas memungkinkan radius tekuk yang lebih kecil, yang lebih kondusif untuk mencapai integrasi yang tinggi. Oleh karena itu, pandu gelombang litium niobat lapisan tipis berpotensi mencapai integrasi yang tinggi. Oleh karena itu, tampilan litium niobat lapisan tipis memungkinkan material litium niobat untuk benar-benar berperan sebagai "silikon" optik. Untuk aplikasi foton gelombang mikro, keunggulan litium niobat lapisan tipis lebih jelas.
Waktu posting: 23-Apr-2024