Jedną z najważniejszych właściwości modulatora optycznego jest jego prędkość modulacji lub szerokość pasma, która powinna być co najmniej tak szybka, jak dostępna elektronika. Tranzystory o częstotliwościach przejściowych znacznie przekraczających 100 GHz zostały już zademonstrowane w technologii krzemowej 90 nm, a prędkość będzie dalej wzrastać wraz ze zmniejszaniem minimalnego rozmiaru funkcji [1]. Jednak szerokość pasma obecnych modulatorów opartych na krzemie jest ograniczona. Krzem nie posiada nieliniowości χ(2) ze względu na swoją centrosymetryczną strukturę krystaliczną. Zastosowanie odkształconego krzemu doprowadziło już do interesujących wyników [2], ale nieliniowości nie pozwalają jeszcze na praktyczne urządzenia. Najnowocześniejsze krzemowe modulatory fotoniczne nadal polegają zatem na dyspersji nośników swobodnych w złączach pn lub pinowych [3–5]. Wykazano, że złącza spolaryzowane w kierunku przewodzenia wykazują iloczyn napięcia i długości tak niski, jak VπL = 0,36 V mm, ale prędkość modulacji jest ograniczona przez dynamikę nośników mniejszościowych. Mimo to, szybkości transmisji danych rzędu 10 Gbit/s zostały wygenerowane za pomocą wstępnego wzmocnienia sygnału elektrycznego [4]. Zamiast tego, wykorzystując złącza spolaryzowane zaporowo, szerokość pasma została zwiększona do około 30 GHz [5,6], ale iloczyn długości napięcia wzrósł do VπL = 40 V mm. Niestety, takie modulatory fazy efektu plazmowego również wytwarzają 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 (efekt 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 prowadzącego pole optyczne i dwóch pasków krzemowych, które elektrycznie łączą falowód optyczny z elektrodami metalowymi. Elektrody są umieszczone poza polem modalnym optycznym, aby uniknąć strat optycznych [13], rys. 1(b). Urządzenie jest pokryte elektrooptycznym materiałem organicznym, który równomiernie wypełnia szczelinę. Napięcie modulujące jest przenoszone przez metalowy falowód elektryczny i spada przez szczelinę 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 wystarczy, aby wygenerować bardzo silne pola modulujące, które są rzędu wielkości wytrzymałości dielektrycznej większości materiałów. Struktura ma wysoką wydajność modulacji, ponieważ zarówno pole modulujące, jak i pole optyczne są skoncentrowane wewnątrz szczeliny, rys. 1(b) [14]. Rzeczywiście, pierwsze implementacje modulatorów SOH z działaniem podnapięciowym [11] zostały już pokazane, 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 szczelina może być reprezentowana przez kondensator C, a paski przewodzące przez rezystory R, rys. 1(b). Odpowiednia stała czasowa RC określa szerokość pasma urządzenia [10,14,17,18]. Aby zmniejszyć rezystancję R, zasugerowano domieszkowanie pasków krzemowych [10,14]. Podczas gdy domieszkowanie zwiększa przewodność pasków krzemowych (a zatem zwiększa straty optyczne), płaci się dodatkową karę za straty, ponieważ ruchliwość elektronów jest osłabiona przez rozpraszanie zanieczyszczeń [10,14,19]. Co więcej, ostatnie próby produkcyjne wykazały niespodziewanie niską przewodność.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. z siedzibą w chińskiej „Dolinie Krzemowej” – Beijing Zhongguancun, jest przedsiębiorstwem high-tech, które zajmuje się obsługą krajowych i zagranicznych instytucji badawczych, instytutów badawczych, uniwersytetów i personelu naukowego przedsiębiorstw. Nasza firma zajmuje się głównie niezależnymi badaniami i rozwojem, projektowaniem, produkcją, sprzedażą produktów optoelektronicznych oraz dostarcza innowacyjne rozwiązania i profesjonalne, spersonalizowane usługi dla naukowców i inżynierów przemysłowych. Po latach niezależnej innowacji utworzyła bogatą i doskonałą serię produktów fotoelektrycznych, które są szeroko stosowane w przemyśle komunalnym, wojskowym, transportowym, energetycznym, finansowym, edukacyjnym, medycznym i innych.
Czekamy na współpracę z Państwem!
Czas publikacji: 29-03-2023