Jedną z najważniejszych właściwości modulatora optycznego jest jego prędkość modulacji lub szerokość pasma, która powinna być co najmniej tak duża, jak dostępna elektronika. Tranzystory o częstotliwościach przejściowych znacznie powyżej 100 GHz zostały już zademonstrowane w technologii krzemowej 90 nm, a prędkość będzie dalej rosła w miarę zmniejszania się minimalnego rozmiaru elementu [1]. Jednakże szerokość pasma współczesnych modulatorów krzemowych jest ograniczona. Krzem nie posiada nieliniowości χ(2) ze względu na swoją centrosymetryczną strukturę krystaliczną. Zastosowanie naprężonego krzemu doprowadziło już do interesujących wyników [2], ale nieliniowości nie pozwalają jeszcze na praktyczne urządzenia. Dlatego najnowocześniejsze krzemowe modulatory fotoniczne w dalszym ciągu opierają się na dyspersji wolnych nośników w złączach pn lub pinach [3–5]. Wykazano, że złącza spolaryzowane w kierunku przewodzenia wykazują iloczyn długości napięcia tak niski jak VπL = 0,36 V mm, ale prędkość modulacji jest ograniczona dynamiką nośnych mniejszościowych. Mimo to prędkość transmisji danych rzędu 10 Gbit/s została wygenerowana za pomocą wstępnego nacisku sygnału elektrycznego [4]. Stosując zamiast tego złącza spolaryzowane zaporowo, szerokość pasma zwiększono do około 30 GHz [5,6], ale iloczyn długości napięcia wzrósł do VπL = 40 V mm. Niestety, takie modulatory fazy z efektem plazmowym powodują również niepożądaną modulację intensywności [7] i reagują nieliniowo na przyłożone napięcie. Zaawansowane formaty modulacji, takie jak QAM, wymagają jednak odpowiedzi liniowej i modulacji czystej fazy, co sprawia, że wykorzystanie efektu elektrooptycznego (efekt Pockelsa [8]) jest szczególnie pożądane.
2. Podejście SOH
Ostatnio zaproponowano podejście oparte na hybrydzie krzemowo-organicznej (SOH) [9–12]. Przykład modulatora SOH pokazano na ryc. 1 (a). Składa się ze falowodu szczelinowego prowadzącego pole optyczne oraz dwóch pasków krzemowych, które elektrycznie łączą falowód optyczny z elektrodami metalowymi. Aby uniknąć strat optycznych, elektrody umieszczono poza optycznym polem modalnym [13], rys. 1(b). Urządzenie jest pokryte elektrooptycznym materiałem organicznym, który równomiernie wypełnia szczelinę. Napięcie modulujące jest przenoszone przez metalowy falowód elektryczny i opada w poprzek szczeliny dzięki przewodzącym paskom krzemu. Powstałe pole elektryczne zmienia następnie współczynnik załamania światła w szczelinie poprzez ultraszybki efekt elektrooptyczny. Ponieważ szczelina ma szerokość rzędu 100 nm, wystarczy kilka woltów, aby wytworzyć bardzo silne pola modulujące, które są rzędu wielkości wytrzymałości dielektrycznej większości materiałów. Konstrukcja charakteryzuje się dużą wydajnością modulacyjną, gdyż zarówno pole modulujące, jak i pole optyczne są skoncentrowane wewnątrz szczeliny, rys. 1(b) [14]. Rzeczywiście, pokazano już pierwsze wdrożenia modulatorów SOH o działaniu podnapięciowym [11] i wykazano modulację sinusoidalną do 40 GHz [15,16]. Jednakże wyzwaniem w budowie niskonapięciowych, szybkich modulatorów SOH jest stworzenie wysoce przewodzącego paska łączącego. W obwodzie zastępczym 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 zaproponowano domieszkowanie pasków krzemowych [10,14]. Chociaż domieszkowanie zwiększa przewodność pasków krzemowych (a tym samym zwiększa straty optyczne), należy zapłacić dodatkową karę za stratę, ponieważ ruchliwość elektronów jest osłabiona przez rozpraszanie zanieczyszczeń [10,14,19]. Co więcej, najnowsze próby produkcyjne wykazały nieoczekiwanie niską przewodność.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. zlokalizowana w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun, to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo zajmujące się obsługą krajowych i zagranicznych instytucji badawczych, instytutów badawczych, uniwersytetów oraz personelu zajmującego się badaniami naukowymi w przedsiębiorstwach. Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją, sprzedażą produktów optoelektronicznych oraz zapewnia innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla badaczy naukowych i inżynierów przemysłowych. Po latach niezależnych innowacji stworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które są szeroko stosowane w branżach komunalnych, wojskowych, transportowych, elektroenergetycznych, finansowych, edukacyjnych, medycznych i innych.
Nie możemy się doczekać współpracy z Tobą!
Czas publikacji: 29 marca 2023 r