Zalety i znaczenie cienkowarstwowej litowej niobate w zintegrowanej technologii fotonów mikrofalowych
Technologia fotonów mikrofalowychma zalety dużej przepustowości roboczej, silnej zdolności równoległego przetwarzania i niskiej utraty transmisji, która może przełamać techniczne wąskie gardło w tradycyjnym systemie mikrofalowym i poprawić wydajność wojskowego sprzętu elektronicznego, takich jak radar, wojna elektroniczna, komunikacja i pomiar oraz kontrola. Jednak system fotonów mikrofalowych oparty na urządzeniach dyskretnych ma pewne problemy, takie jak duża objętość, duża waga i słaba stabilność, które poważnie ograniczają zastosowanie technologii fotonów mikrofalowych na platformach przestrzennych i lotniczych. Dlatego zintegrowana technologia fotonów mikrofalowych staje się ważnym wsparciem dla przełamania zastosowania fotonu mikrofalowego w wojskowym systemie informacji elektronicznej i zapewnia pełną grę zaletą technologii fotonów mikrofalowych.
Obecnie technologia integracji fotonicznej oparta na SI i technologia integracji fotonicznej oparta na INP stały się coraz bardziej dojrzałe po latach rozwoju w dziedzinie komunikacji optycznej, a na rynku wprowadzono wiele produktów. Jednak w przypadku zastosowania fotonu mikrofalowego występują pewne problemy w tych dwóch rodzajach technologii integracji fotonów: na przykład nieliniowy współczynnik elektrooptyczny modulatora SI i modulatora INP jest sprzeczny z wysoką liniową i dużymi cechami dynamicznymi realizowanymi za pomocą technologii fotonu mikrofalowego; Na przykład przełącznik optyczny krzemowy, który zdaje sobie sprawę z przełączania ścieżki optycznej, czy to w oparciu o efekt optyczny termiczny, efekt piezoelektryczny, czy efekt dyspersji wtrysku nośnika, ma problemy z powolną prędkością przełączania, zużycia mocy i zużycia ciepła, które nie mogą spełniać szybkiego skanowania wiązki i zastosowań fotonów o dużej skali.
Lit niobate zawsze był pierwszym wyborem dla dużej prędkościModulacja elektrooptycznaMateriały ze względu na doskonały liniowy efekt elektrooptyczny. Jednak tradycyjny litowy niobateModulator elektrooptycznyjest wykonany z masywnego materiału kryształowego litu, a rozmiar urządzenia jest bardzo duży, co nie może zaspokoić potrzeb zintegrowanej technologii fotonów mikrofalowych. Jak zintegrować materiały litowe z liniowym współczynnikiem elektrooptycznym ze zintegrowanym systemem technologii fotonów mikrofalowych, stał się celem odpowiednich badaczy. W 2018 r. Zespół badawczy z Harvard University w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy poinformował o technologii integracji fotonicznej opartej na cienkim folii litowym niobate, ponieważ technologia ta ma zalety wysokiej integracji, dużej przepustowości modulacji elektrooptycznej i przepustowości fotonicznej modulacji i modulacji elektromagonicznej. Z perspektywy zastosowania fotonów mikrofalowych w niniejszym dokumencie dokonano przeglądu wpływu i znaczenia technologii integracji fotonów opartej na cienkowarstwowym litowym litowym licie na opracowanie technologii fotonów mikrofalowych.
Cienki film litowy materiał i cienki filmModulator litowy niobate
W ostatnich dwóch latach pojawił się nowy rodzaj materiału litowego niobate, to znaczy, że film litowy jest złuszczany z masywnego kryształu litowego niobate za pomocą metody „krojenia jonów” i wiązanego z metodą SI z warstwą bufora krzemionki do sformułowania LNOI (Linbo3-on-insulator) materialny [5], który jest nazywany cienkim filmem w tym materiale. Ridgeki o wysokości ponad 100 nanometrów można wytrawić na cienkowarodowych materiałach litowych niobate przez zoptymalizowany proces trawienia na sucho, a efektywną różnicą współczynnika załamania światła utworzonych falowodów może osiągnąć więcej niż 0,8 (znacznie wyższa niż różnica w indeksie załamania światła w polu Lithium NIOBate Faveides wynoszącym 0,02), jak pokazano na rycinie 1. Uprawnianie w indeksie załamania światła w polu Lithium w polu MICHABAT Projektowanie modulatora. Dlatego korzystne jest osiągnięcie niższego napięcia półfalowego i większą szerokość pasma modulacji w krótszej długości.
Pojawienie się falowodu submikronowego litowo-litowo-litowego rozbija wąskie gardło wysokiego napięcia jazdy tradycyjnego modulatora elektrooptycznego litowego niobate. Odstępy elektrody można zmniejszyć do ~ 5 μm, a nakładanie się pola elektrycznego a polem trybu optycznego jest znacznie zwiększone, a Vπ · l zmniejsza się z ponad 20 V · cm do mniejszej niż 2,8 V · cm. Dlatego przy tym samym napięciu półfalowym długość urządzenia można znacznie zmniejszyć w porównaniu z tradycyjnym modulatorem. Jednocześnie, po optymalizacji parametrów szerokości, grubości i przedziału elektrody fali podróżnej, jak pokazano na rysunku, modulator może mieć możliwość bardzo wysokiej przepustowości modulacji większej niż 100 GHz.
Ryc. 1 （A） Obliczony rozkład trybu i （B） Obraz przekroju falowodu LN
Ryc. 2 （A） Struktura falowodu i elektrody oraz （B） rdzeń Modulatora LN
Porównanie cienkowarstwowych modulatorów litowych niobate z tradycyjnymi litowymi modulatorami komercyjnymi, modulatorami na bazie krzemu i modulatorów fosforowych indium (INP) i innych istniejących modnych modulatorów elektrooptycznych, główne parametry porównania obejmują:
(1) Produkt o długości napięcia półfalowego (Vπ · L, V · cm), mierząc wydajność modulacji modulatora, im mniejsza wartość, tym wyższa wydajność modulacji;
(2) przepustowość modulacji 3 dB (GHz), która mierzy odpowiedź modulatora na modulację wysokiej częstotliwości;
(3) Optyczna utrata wstawiania (dB) w obszarze modulacji. Z tabeli można zobaczyć, że modulator litowy litowo-foliowy ma oczywiste zalety w przepustowości modulacji, napięciu półfalowe, utratę interpolacji optycznej i tak dalej.
Jak dotąd powstał krzem, jako kamień węgielny zintegrowanej optoelektroniki, proces jest dojrzały, jego miniaturyzacja sprzyja integracji na dużą skalę urządzeń aktywnych/pasywnych, a jego modulator był szeroko i głęboko badany w dziedzinie komunikacji optycznej. Mechanizm modulacji elektrooptycznej krzemu polega głównie na złożeniu nośnika, wtrysku nośnika i akumulacji nośnika. Wśród nich szerokość pasma modulatora jest optymalna z mechanizmem wyczerpania liniowego nośnika stopnia, ale ponieważ rozkład pola optycznego pokrywa się z nierównomiernością regionu wyczerpania, efekt ten wprowadzi nieliniowe zniekształcenie odkształcenia i rozdzielanie optycznego drugiego rzędu i rozdzielanie sygnału.
Modulator INP ma wyjątkowe efekty elektrooptyczne, a wielowarstwowa struktura studni kwantowych może zrealizować ultra-wysoką szybkość i niskie modulatory napięcia napędowego z Vπ · l do 0,156 V · mm. Jednak zmiana współczynnika załamania światła z polem elektrycznym obejmuje terminy liniowe i nieliniowe, a wzrost intensywności pola elektrycznego sprawi, że efekt drugiego rzędu jest widoczny. Dlatego modulatory elektrooptyczne krzemowe i INP muszą zastosować odchylenie do utworzenia połączenia PN podczas pracy, a połączenie PN spowoduje, że utrata absorpcji w świetle. Jednak rozmiar modulatora tych dwóch jest niewielki, rozmiar komercyjnego modulatora INP wynosi 1/4 modulatora LN. Wysoka wydajność modulacji, odpowiednia dla cyfrowych optycznych sieci transmisji o wysokiej gęstości i niewielkiej odległości, takich jak centra danych. Elektrooptyczny efekt litu niobiniatu nie ma mechanizmu absorpcji światła i niskiej straty, który jest odpowiedni dla spójnego na duże odległościKomunikacja optycznao dużej pojemności i wysokiej tempie. W zastosowaniu fotonów mikrofalowych współczynniki elektrooptyczne SI i INP są nieliniowe, co nie jest odpowiednie dla systemu fotonów mikrofalowych, który daje wysoką liniowość i dużą dynamikę. Materiał litowy niobate jest bardzo odpowiedni do zastosowania fotonów mikrofalowych ze względu na jego całkowicie liniowy współczynnik modulacji elektrooptycznych.
Czas postu: 22-2024