Wysokowydajny modulator elektrooptyczny: cienkowarstwowy modulator niobianu litu

Wysokowydajny modulator elektrooptyczny:cienkowarstwowy modulator niobianu litu

Modulator elektrooptyczny (Modulator EOM) to modulator wykorzystujący efekt elektrooptyczny niektórych kryształów elektrooptycznych, który może konwertować szybkie sygnały elektroniczne w urządzeniach komunikacyjnych na sygnały optyczne. Pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego na kryształ elektrooptyczny zmienia się jego współczynnik załamania światła, a wraz z nim charakterystyka fal optycznych, co pozwala na modulację amplitudy, fazy i stanu polaryzacji sygnału optycznego oraz konwersję szybkiego sygnału elektronicznego w urządzeniu komunikacyjnym na sygnał optyczny poprzez modulację.

Obecnie istnieją trzy główne typymodulatory elektrooptycznena rynku: modulatory na bazie krzemu, modulatory na bazie fosforku indu i cienkowarstwowemodulator niobianu lituWśród nich krzem nie ma bezpośredniego współczynnika elektrooptycznego, wydajność jest bardziej ogólna, nadaje się tylko do produkcji modulatorów modułów transceiverów do transmisji danych na krótkie odległości, fosforek indu, chociaż nadaje się do modułów transceiverów sieciowych komunikacji optycznej na średnie i duże odległości, ale wymagania dotyczące procesu integracji są niezwykle wysokie, koszt jest stosunkowo wysoki, a zastosowanie podlega pewnym ograniczeniom. W przeciwieństwie do tego, kryształ niobianu litu jest nie tylko bogaty w efekt fotoelektryczny, efekt fotorefrakcyjny, efekt nieliniowy, efekt elektrooptyczny, efekt akustyczno-optyczny, efekt piezoelektryczny i efekt termoelektryczny są równe jeden, a dzięki strukturze sieciowej i bogatej strukturze defektów, wiele właściwości niobianu litu można w dużym stopniu regulować poprzez skład kryształu, domieszkowanie pierwiastków, kontrolę stanu walencyjnego itp. Osiągnij lepsze parametry fotoelektryczne, takie jak współczynnik elektrooptyczny do 30,9 pm/V, znacznie wyższy niż fosforek indu, i ma mały efekt ćwierkania (efekt ćwierkania: odnosi się do zjawiska, że ​​częstotliwość w impulsie zmienia się w czasie podczas procesu transmisji impulsu laserowego. Większy efekt ćwierkania skutkuje niższym stosunkiem sygnału do szumu i efektem nieliniowym), dobrym współczynnikiem wygaszenia (średnim stosunkiem mocy stanu „włączonego” sygnału do jego stanu „wyłączonego”) i lepszą stabilnością urządzenia. Ponadto mechanizm działania cienkowarstwowego modulatora z niobianu litu różni się od mechanizmu działania modulatora na bazie krzemu i modulatora z fosforku indu, wykorzystującego nieliniowe metody modulacji. Wykorzystuje on liniowe zjawisko elektrooptyczne do ładowania elektrycznie zmodulowanego sygnału na nośną optyczną, a szybkość modulacji jest głównie determinowana przez parametry elektrody mikrofalowej, co pozwala na osiągnięcie wyższej szybkości i liniowości modulacji, a także niższego zużycia energii. W związku z powyższym, niobian litu stał się idealnym wyborem do wytwarzania wysokowydajnych modulatorów elektrooptycznych, które mają szeroki zakres zastosowań w koherentnych sieciach komunikacji optycznej 100G/400G i ultraszybkich centrach danych, umożliwiając transmisję na duże odległości, przekraczające 100 kilometrów.

Niobian litu jako materiał wywrotowy „rewolucji fotonowej”, choć w porównaniu z krzemem i fosforkiem indu ma wiele zalet, często występuje w formie materiału objętościowego w urządzeniu. Światło jest ograniczone do płaskiego falowodu utworzonego przez dyfuzję jonów lub wymianę protonów. Różnica współczynnika załamania światła jest zazwyczaj stosunkowo niewielka (około 0,02), a rozmiar urządzenia jest stosunkowo duży. Trudno jest sprostać potrzebom miniaturyzacji i integracji.urządzenia optyczne, a jej linia produkcyjna nadal różni się od rzeczywistej linii produkcyjnej mikroelektroniki, a do tego występuje problem wysokich kosztów, więc tworzenie cienkich warstw stanowi ważny kierunek rozwoju niobianu litu stosowanego w modulatorach elektrooptycznych.