Linearitas tinggiModulator elektro-optikdan aplikasi foton microwave
Dengan meningkatnya persyaratan sistem komunikasi, untuk lebih meningkatkan efisiensi transmisi sinyal, orang akan memadukan foton dan elektron untuk mencapai keunggulan pelengkap, dan fotonik gelombang mikro akan lahir. Modulator elektro-optik diperlukan untuk konversi listrik menjadi cahayaSistem fotonik microwave, dan langkah kunci ini biasanya menentukan kinerja seluruh sistem. Karena konversi sinyal frekuensi radio ke domain optik adalah proses sinyal analog, dan biasaModulator elektro-optikMemiliki nonlinier yang melekat, ada distorsi sinyal serius dalam proses konversi. Untuk mencapai perkiraan modulasi linier, titik operasi modulator biasanya ditetapkan pada titik bias ortogonal, tetapi masih tidak dapat memenuhi persyaratan tautan foton gelombang mikro untuk linearitas modulator. Modulator elektro-optik dengan linearitas tinggi sangat dibutuhkan.
Modulasi indeks bias berkecepatan tinggi dari bahan silikon biasanya dicapai oleh efek dispersi plasma pembawa bebas (FCD). Efek FCD dan modulasi persimpangan PN adalah nonlinier, yang membuat modulator silikon kurang linier daripada modulator lithium niobate. Bahan lithium niobate menunjukkan sangat baikmodulasi elektro-optikProperti karena efek kerutannya. Pada saat yang sama, materi lithium niobate memiliki keunggulan bandwidth besar, karakteristik modulasi yang baik, kehilangan rendah, integrasi mudah dan kompatibilitas dengan proses semikonduktor, penggunaan film tipis lithium niobate untuk membuat modulator elektro-optik berkinerja tinggi, dibandingkan dengan silikon hampir tidak ada "piring pendek", tetapi juga untuk mencapai linier tinggi. Modulator elektro-optik lithium niobate (LNOI) pada isolator telah menjadi arah pengembangan yang menjanjikan. Dengan pengembangan teknologi persiapan material lithium niobate film tipis dan teknologi etsa waveguide, efisiensi konversi yang tinggi dan integrasi yang lebih tinggi dari modulator elektro-optik lithium niobate film tipis telah menjadi bidang akademisi dan industri internasional.
Karakteristik film tipis lithium niobate
Di Amerika Serikat, perencanaan telah membuat evaluasi berikut dari bahan lithium niobate: jika pusat revolusi elektronik dinamai berdasarkan bahan silikon yang memungkinkan, maka tempat kelahiran revolusi fotonik kemungkinan dinamai setelah lithium niobate. Ini karena lithium niobate mengintegrasikan efek elektro-optik, efek akusto-optik, efek piezoelektrik, efek termoelektrik dan efek fotorefraktif dalam satu, seperti bahan silikon di bidang optik.
Dalam hal karakteristik transmisi optik, bahan INP memiliki kehilangan transmisi on-chip terbesar karena penyerapan cahaya pada pita 1550nm yang umum digunakan. SiO2 dan silikon nitrida memiliki karakteristik transmisi terbaik, dan kerugian dapat mencapai tingkat ~ 0,01dB/cm; Saat ini, hilangnya pandu gelombang pandu gelombang film tipis lithium niobate dapat mencapai tingkat 0,03dB/cm, dan hilangnya waveguide lithium niobate tipis memiliki potensi untuk dikurangi lebih lanjut dengan peningkatan berkelanjutan dari tingkat teknologi di masa depan. Oleh karena itu, materi lithium niobate film tipis akan menunjukkan kinerja yang baik untuk struktur cahaya pasif seperti jalur fotosintesis, shunt dan microring.
Dalam hal generasi cahaya, hanya INP yang memiliki kemampuan untuk memancarkan cahaya secara langsung; Oleh karena itu, untuk penerapan foton gelombang mikro, perlu untuk memperkenalkan sumber cahaya berbasis INP pada chip terintegrasi fotonik berbasis LNOI dengan cara menguatkan pengelasan atau pertumbuhan epitaxial. Dalam hal modulasi cahaya, telah ditekankan di atas bahwa material lithium niobate film tipis lebih mudah untuk mencapai bandwidth modulasi yang lebih besar, tegangan setengah gelombang yang lebih rendah dan kehilangan transmisi yang lebih rendah daripada INP dan SI. Selain itu, linearitas tinggi modulasi elektro-optik dari bahan lithium niobate film tipis sangat penting untuk semua aplikasi foton gelombang mikro.
Dalam hal routing optik, respons elektro-optik berkecepatan tinggi dari bahan tipis lithium niobate material membuat sakelar optik berbasis LNOI yang mampu switching routing optik berkecepatan tinggi, dan konsumsi daya switching berkecepatan tinggi tersebut juga sangat rendah. Untuk aplikasi khas teknologi foton microwave terintegrasi, chip beamforming yang dikendalikan secara optik memiliki kemampuan switching berkecepatan tinggi untuk memenuhi kebutuhan pemindaian balok cepat, dan karakteristik konsumsi daya ultra-rendah disesuaikan dengan persyaratan ketat dari sistem array bertahap skala besar. Meskipun sakelar optik berbasis INP juga dapat mewujudkan switching jalur optik berkecepatan tinggi, ia akan memperkenalkan kebisingan besar, terutama ketika sakelar optik bertingkat dikurung, koefisien kebisingan akan benar-benar memburuk. Bahan silikon, SiO2 dan silikon nitrida hanya dapat mengganti jalur optik melalui efek termo-optik atau efek dispersi pembawa, yang memiliki kelemahan konsumsi daya tinggi dan kecepatan switching yang lambat. Ketika ukuran array dari array bertahap besar, ia tidak dapat memenuhi persyaratan konsumsi daya.
Dalam hal amplifikasi optik,penguat optik semikonduktor (SOA) Berdasarkan INP telah matang untuk penggunaan komersial, tetapi memiliki kelemahan koefisien kebisingan tinggi dan daya output saturasi rendah, yang tidak kondusif untuk penerapan foton gelombang mikro. Proses amplifikasi parametrik dari waveguide lithium niobate film tipis berdasarkan aktivasi dan inversi periodik dapat mencapai noise rendah dan amplifikasi optik on-chip daya tinggi, yang dapat memenuhi persyaratan teknologi foton microwave terintegrasi untuk amplifikasi optik on-chip.
Dalam hal deteksi cahaya, film tipis lithium niobate memiliki karakteristik transmisi yang baik untuk cahaya pada pita 1550 nm. Fungsi konversi fotolistrik tidak dapat diwujudkan, 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 mengaitkan pengelasan atau pertumbuhan epitaxial. Dalam hal penggabungan dengan serat optik, karena serat optik itu sendiri adalah bahan SiO2, bidang mode Waveguide SiO2 memiliki derajat pencocokan tertinggi dengan bidang mode serat optik, dan kopling adalah yang paling nyaman. Diameter medan mode dari pandu gelombang yang sangat terbatas dari film tipis lithium niobate adalah sekitar 1μm, yang sangat berbeda dari bidang mode serat optik, sehingga transformasi spot mode yang tepat harus dilakukan agar sesuai dengan bidang mode serat optik.
Dalam hal integrasi, apakah berbagai bahan memiliki potensi integrasi yang tinggi terutama tergantung pada jari -jari lentur pandu gelombang (dipengaruhi oleh keterbatasan bidang mode pandu gelombang). Waveguide yang sangat terbatas memungkinkan jari -jari lentur yang lebih kecil, yang lebih kondusif untuk realisasi integrasi tinggi. Oleh karena itu, pandu gelombang lithium niobate tipis memiliki potensi untuk mencapai integrasi tinggi. Oleh karena itu, penampilan film tipis lithium niobate memungkinkan bahan lithium niobate untuk benar -benar memainkan peran "silikon" optik. Untuk penerapan foton gelombang mikro, keunggulan film tipis lithium niobate lebih jelas.
Waktu posting: APR-23-2024