Jedną z najważniejszych właściwości modulatora optycznego jest jego prędkość modulacji lub pasmo przenoszenia, które powinno być co najmniej tak szybkie, jak dostępne układy elektroniczne. Tranzystory o częstotliwościach przejściowych znacznie powyżej 100 GHz zostały już zademonstrowane w technologii krzemowej 90 nm, a prędkość będzie dalej wzrastać wraz ze zmniejszaniem minimalnego rozmiaru elementu [1]. Jednak pasmo przenoszenia współczesnych modulatorów krzemowych jest ograniczone. Krzem nie posiada nieliniowości χ(2) ze względu na swoją centrosymetryczną strukturę krystaliczną. Zastosowanie odkształconego krzemu doprowadziło już do interesujących wyników [2], ale nieliniowości te nie pozwalają jeszcze na zastosowanie ich w praktyce. Najnowocześniejsze krzemowe modulatory fotoniczne nadal opierają się zatem na dyspersji swobodnych nośników w złączach pn lub pinowych [3–5]. Wykazano, że złącza spolaryzowane w kierunku przewodzenia wykazują iloczyn napięcia i długości już od VπL = 0,36 V·m, ale prędkość modulacji jest ograniczona dynamiką nośników mniejszościowych. Mimo to, za pomocą wstępnego wzmocnienia sygnału elektrycznego wygenerowano przepływności rzędu 10 Gb/s [4]. Zastosowanie złączy spolaryzowanych zaporowo pozwoliło na zwiększenie szerokości pasma do około 30 GHz [5,6], ale iloczyn długości napięcia wzrósł do VπL = 40 V mm. Niestety, takie modulatory fazy z efektem plazmowym również powodują niepożądaną modulację intensywności [7] i reagują nieliniowo na przyłożone napięcie. Zaawansowane formaty modulacji, takie jak QAM, wymagają jednak liniowej odpowiedzi i czystej modulacji fazy, co sprawia, że wykorzystanie efektu elektrooptycznego (efektu Pockelsa [8]) jest szczególnie pożądane.
2. Podejście SOH
Ostatnio zaproponowano hybrydowe podejście krzemowo-organiczne (SOH) [9–12]. Przykład modulatora SOH pokazano na rys. 1(a). Składa się on z falowodu szczelinowego kierującego polem optycznym oraz dwóch pasków krzemowych, które łączą elektrycznie falowód optyczny z elektrodami metalowymi. Elektrody znajdują się poza polem modalnym, aby uniknąć strat optycznych [13], rys. 1(b). Urządzenie jest pokryte elektrooptycznym materiałem organicznym, który równomiernie wypełnia szczelinę. Napięcie modulujące jest przenoszone przez metaliczny falowód elektryczny i spada w poprzek szczeliny dzięki przewodzącym paskom krzemowym. Powstałe pole elektryczne zmienia następnie współczynnik załamania światła w szczelinie poprzez ultraszybki efekt elektrooptyczny. Ponieważ szczelina ma szerokość rzędu 100 nm, kilka woltów wystarcza do wygenerowania bardzo silnych pól modulujących, które są rzędu wielkości wytrzymałości dielektrycznej większości materiałów. Struktura charakteryzuje się wysoką wydajnością modulacji, ponieważ zarówno pole modulujące, jak i pole optyczne są skoncentrowane wewnątrz szczeliny, rys. 1(b) [14]. Rzeczywiście, pierwsze implementacje modulatorów SOH z pracą podnapięciową [11] zostały już zaprezentowane, a modulacja sinusoidalna do 40 GHz została zademonstrowana [15,16]. Jednak wyzwaniem w budowie niskonapięciowych, szybkich modulatorów SOH jest stworzenie wysoce przewodzącego paska łączącego. W obwodzie równoważnym szczelinę można przedstawić za pomocą kondensatora C, a paski przewodzące za pomocą rezystorów R, rys. 1(b). Odpowiednia stała czasowa RC określa szerokość pasma urządzenia [10,14,17,18]. W celu zmniejszenia rezystancji R zasugerowano domieszkowanie pasków krzemowych [10,14]. Podczas gdy domieszkowanie zwiększa przewodność pasków krzemowych (a tym samym zwiększa straty optyczne), płaci się dodatkową karę za straty, ponieważ ruchliwość elektronów jest osłabiona przez rozpraszanie domieszek [10,14,19]. Co więcej, ostatnie próby produkcyjne wykazały nieoczekiwanie niską przewodność.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. z siedzibą w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun – to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo, które świadczy usługi krajowym i zagranicznym instytucjom badawczym, instytutom badawczym, uniwersytetom oraz pracownikom naukowo-badawczym przedsiębiorstw. Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją i sprzedażą produktów optoelektronicznych, a także dostarcza innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla naukowców i inżynierów przemysłowych. Po latach niezależnej innowacji, firma stworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które znajdują szerokie zastosowanie w sektorze komunalnym, wojskowym, transportowym, energetycznym, finansowym, edukacyjnym, medycznym i innych gałęziach przemysłu.
Czekamy na współpracę z Państwem!
Czas publikacji: 29 marca 2023 r.