Linearitas tinggimodulator elektro-optikdan aplikasi foton gelombang mikro
Dengan meningkatnya kebutuhan sistem komunikasi, untuk lebih meningkatkan efisiensi transmisi sinyal, orang akan menggabungkan foton dan elektron untuk mencapai keuntungan 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 seluruh sistem. Karena konversi sinyal frekuensi radio ke domain optik adalah proses sinyal analog, danmodulator elektro-optikmemiliki sifat nonlinier yang melekat, 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 dari bahan silikon biasanya dicapai melalui efek dispersi plasma pembawa bebas (FCD). Baik efek FCD maupun modulasi sambungan PN bersifat nonlinier, yang membuat modulator silikon kurang linier dibandingkan modulator litium niobat. Bahan litium niobat menunjukkan kinerja yang sangat baikModulasi elektro-optiksifat-sifat karena efek Pucker-nya. Pada saat yang sama, material litium niobat memiliki keunggulan bandwidth besar, karakteristik modulasi yang baik, kehilangan rendah, integrasi mudah dan kompatibilitas dengan proses semikonduktor, penggunaan litium niobat lapisan tipis untuk membuat modulator elektro-optik berkinerja tinggi, dibandingkan dengan silikon hampir tidak ada "pelat pendek", tetapi juga untuk mencapai linearitas tinggi. Modulator elektro-optik litium niobat lapisan tipis (LNOI) pada isolator telah menjadi arah pengembangan yang menjanjikan. Dengan pengembangan teknologi persiapan material litium niobat lapisan tipis dan teknologi etsa pandu gelombang, efisiensi konversi tinggi dan integrasi yang lebih tinggi dari modulator elektro-optik litium niobat lapisan tipis 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 dinamai berdasarkan litium niobat. Ini karena litium niobat memadukan efek elektro-optik, efek akustik-optik, efek piezoelektrik, efek termoelektrik, dan efek fotorefraksi menjadi satu, seperti material silikon di bidang optik.
Dalam hal karakteristik transmisi optik, material InP memiliki kehilangan transmisi pada chip terbesar karena penyerapan cahaya pada pita 1550nm yang umum digunakan. SiO2 dan silikon nitrida memiliki karakteristik transmisi terbaik, dan kehilangannya dapat mencapai level ~ 0,01dB/cm; Saat ini, kehilangan pandu gelombang dari pandu gelombang litium niobate lapisan tipis dapat mencapai level 0,03dB/cm, dan kehilangan pandu gelombang litium niobate lapisan tipis berpotensi untuk dikurangi lebih lanjut dengan peningkatan berkelanjutan dari tingkat teknologi di masa mendatang. Oleh karena itu, material litium niobate lapisan tipis akan menunjukkan kinerja yang baik untuk struktur cahaya pasif seperti jalur fotosintesis, pirau, dan cincin mikro.
Dalam hal pembangkitan cahaya, hanya InP yang memiliki kemampuan untuk memancarkan cahaya secara langsung; Oleh karena itu, untuk aplikasi foton gelombang mikro, perlu untuk memperkenalkan sumber cahaya berbasis InP pada chip terintegrasi fotonik berbasis LNOI dengan cara pengelasan backloading atau pertumbuhan epitaksial. Dalam hal modulasi cahaya, telah ditekankan di atas bahwa material litium niobate lapisan tipis lebih mudah untuk mencapai lebar pita 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 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 membuat sakelar optik berbasis LNOI mampu melakukan peralihan perutean optik berkecepatan tinggi, dan konsumsi daya dari 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 disesuaikan dengan persyaratan ketat sistem array bertahap berskala besar. Meskipun sakelar optik berbasis InP juga dapat mewujudkan peralihan jalur optik berkecepatan tinggi, sakelar tersebut akan menimbulkan derau yang besar, terutama saat sakelar optik bertingkat dikaskade, koefisien derau akan sangat menurun. 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. Saat ukuran larik array bertahap besar, sakelar tersebut tidak dapat memenuhi persyaratan konsumsi daya.
Dalam hal amplifikasi optik,penguat optik semikonduktor (Bahasa Indonesia: SOA) berdasarkan InP telah matang untuk penggunaan komersial, tetapi memiliki kelemahan berupa koefisien derau tinggi dan daya keluaran saturasi rendah, yang tidak mendukung penerapan foton gelombang mikro. Proses amplifikasi parametrik dari pemandu gelombang litium niobate lapisan tipis berdasarkan aktivasi dan inversi periodik dapat mencapai amplifikasi optik pada chip dengan derau rendah dan daya tinggi, yang dapat memenuhi persyaratan teknologi foton gelombang mikro terintegrasi untuk amplifikasi optik pada 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 penggandengan dengan serat optik, karena serat optik itu sendiri adalah bahan SiO2, medan mode pandu gelombang SiO2 memiliki tingkat pencocokan tertinggi dengan medan mode serat optik, dan penggandengannya 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, jadi transformasi titik mode yang tepat harus dilakukan untuk mencocokkan medan mode serat optik.
Dalam hal integrasi, apakah berbagai material memiliki potensi integrasi yang tinggi terutama bergantung pada radius tekukan pemandu gelombang (dipengaruhi oleh keterbatasan medan mode pemandu gelombang). Pemandu gelombang yang sangat dibatasi memungkinkan radius tekukan yang lebih kecil, yang lebih kondusif untuk mewujudkan integrasi yang tinggi. Oleh karena itu, pemandu gelombang litium niobat lapisan tipis memiliki potensi untuk mencapai integrasi yang tinggi. Oleh karena itu, tampilan litium niobat lapisan tipis memungkinkan material litium niobat benar-benar memainkan peran "silikon" optik. Untuk aplikasi foton gelombang mikro, keunggulan litium niobat lapisan tipis lebih jelas.
Waktu posting: 23-Apr-2024