Высокая лінейнасцьэлектрааптычны мадулятарі прымяненне мікрахвалевых фатонаў
З ростам патрабаванняў да сістэм сувязі, каб яшчэ больш палепшыць эфектыўнасць перадачы сігналаў, людзі будуць аб'ядноўваць фатоны і электроны для дасягнення дадатковых пераваг, і народзіцца мікрахвалевая фатоніка. Электрааптычны мадулятар неабходны для пераўтварэння электрычнасці ў святло ў...мікрахвалевыя фатонныя сістэмы, і гэты ключавы крок звычайна вызначае прадукцыйнасць усёй сістэмы. Паколькі пераўтварэнне радыёчастотнага сігналу ў аптычны дамен з'яўляецца працэсам перадачы аналагавага сігналу, і звычайныяэлектрааптычныя мадулятарымаюць уласцівую нелінейнасць, у працэсе пераўтварэння ўзнікаюць сур'ёзныя скажэнні сігналу. Для дасягнення прыблізнай лінейнай мадуляцыі рабочая кропка мадулятара звычайна фіксуецца ў кропцы артаганальнай мадуляцыі, але гэта ўсё роўна не можа задаволіць патрабаванні мікрахвалевай фатоннай сувязі да лінейнасці мадулятара. Тэрмінова патрэбныя электрааптычныя мадулятары з высокай лінейнасцю.
Высокахуткасная мадуляцыя паказчыка праламлення крэмніевых матэрыялаў звычайна дасягаецца эфектам плазменнай дысперсіі свабодных носьбітаў (FCD). Як эфект FCD, так і мадуляцыя PN-пераходу нелінейныя, што робіць крэмніевы мадулятар менш лінейным, чым мадулятар ніабата літыя. Матэрыялы на аснове ніабата літыя дэманструюць выдатную...электрааптычная мадуляцыяУласцівасці дзякуючы эфекту Пукера. У той жа час, матэрыял ніабату літыя мае такія перавагі, як вялікая прапускная здольнасць, добрыя характарыстыкі мадуляцыі, нізкія страты, лёгкая інтэграцыя і сумяшчальнасць з паўправадніковымі працэсамі, выкарыстанне тонкаплёнкавага ніабата літыя для стварэння высокапрадукцыйных электрааптычных мадулятараў, у параўнанні з крэмніем практычна не мае «кароткіх пласцін», але таксама дасягае высокай лінейнасці. Электрааптычны мадулятар на ізалятары з тонкаплёнкавага ніабата літыя (LNOI) стаў перспектыўным напрамкам развіцця. З развіццём тэхналогіі падрыхтоўкі тонкаплёнкавага матэрыялу з ніабата літыя і тэхналогіі хвалеводнага травлення, высокая эфектыўнасць пераўтварэння і больш высокая інтэграцыя электрааптычнага мадулятара з тонкаплёнкавага ніабата літыя сталі сферай прыцягнення міжнародных акадэмічных колаў і прамысловасці.
Характарыстыкі тонкаплёнкавага ніабата літыя
У ЗША DAP AR планаванне правядзе наступную ацэнку матэрыялаў на аснове ніабата літыя: калі цэнтр электроннай рэвалюцыі названы ў гонар крэмніевага матэрыялу, які зрабіў яе магчымай, то месца нараджэння фатонічнай рэвалюцыі, верагодна, будзе названа ў гонар ніабата літыя. Гэта звязана з тым, што ніабат літыя спалучае ў сабе электрааптычны эфект, акустааптычны эфект, п'езаэлектрычны эфект, тэрмаэлектрычны эфект і фотарэфракцыйны эфект, гэтак жа, як і крэмніевыя матэрыялы ў галіне оптыкі.
Што тычыцца характарыстык аптычнай перадачы, матэрыял InP мае найбольшыя страты перадачы на чыпе з-за паглынання святла ў звычайна выкарыстоўваным дыяпазоне 1550 нм. SiO2 і нітрыд крэмнію маюць найлепшыя характарыстыкі перадачы, і страты могуць дасягаць узроўню ~ 0,01 дБ/см. У цяперашні час страты ў хваляводзе тонкаплёнкавага хвалявода з ніабата літыя могуць дасягаць узроўню 0,03 дБ/см, і страты ў тонкаплёнкавым хваляводзе з ніабата літыя могуць быць яшчэ больш зніжаны з пастаянным удасканаленнем тэхналагічнага ўзроўню ў будучыні. Такім чынам, тонкаплёнкавы матэрыял з ніабата літыя прадэманструе добрыя характарыстыкі для пасіўных светлавых структур, такіх як фотасінтэтычны шлях, шунт і мікракольца.
Што тычыцца генерацыі святла, толькі InP мае здольнасць выпраменьваць святло непасрэдна; таму для прымянення мікрахвалевых фатонаў неабходна ўвесці крыніцу святла на аснове InP на інтэграваны фатонны чып на аснове LNOI шляхам зваркі з адваротнай загрузкай або эпітаксіяльнага росту. Што тычыцца мадуляцыі святла, то вышэй было падкрэслена, што тонкаплёнкавы матэрыял ніабата літыя лягчэй дасягнуць большай паласы мадуляцыі, меншага напружання паўхвалевага выпраменьвання і меншых страт перадачы, чым InP і Si. Больш за тое, высокая лінейнасць электрааптычнай мадуляцыі тонкаплёнкавых матэрыялаў ніабата літыя мае важнае значэнне для ўсіх прымяненняў мікрахвалевых фатонаў.
Што тычыцца аптычнай маршрутызацыі, высокая хуткасць электрааптычнага водгуку тонкаплёнкавага матэрыялу ніабата літыя дазваляе аптычнаму пераключальніку на аснове LNOI ажыццяўляць высакахуткасную аптычную маршрутызацыю, а спажыванне энергіі пры такой хуткаснай камутацыі таксама вельмі нізкае. Для тыповага прымянення інтэграванай мікрахвалевай фатоннай тэхналогіі аптычна кіраваны чып фарміравання прамяня мае магчымасць высакахуткаснай камутацыі, каб задаволіць патрэбы хуткага сканавання прамяня, а характарыстыкі звышнізкага спажывання энергіі добра адаптаваны да строгіх патрабаванняў буйнамаштабных фазаваных рашотак. Нягледзячы на тое, што аптычны пераключальнік на аснове InP таксама можа рэалізаваць высакахуткасную камутацыю аптычных шляхоў, ён будзе ўносіць вялікі шум, асабліва калі шматузроўневы аптычны пераключальнік падключаны каскадна, каэфіцыент шуму будзе сур'ёзна пагаршацца. Крэмніевыя, SiO2 і нітрыдныя крэмніевыя матэрыялы могуць пераключаць аптычныя шляхі толькі праз тэрмааптычны эфект або эфект дысперсіі носьбітаў, што мае недахопы ў выглядзе высокага спажывання энергіі і павольнай хуткасці пераключэння. Калі памер фазаванай рашоткі вялікі, яна не можа задаволіць патрабаванні да спажывання энергіі.
Што тычыцца аптычнага ўзмацнення, топаўправадніковы аптычны ўзмацняльнік (SOA) на аснове InP ужо дастаткова дасканала падыходзіць для камерцыйнага выкарыстання, але мае такія недахопы, як высокі каэфіцыент шуму і нізкая выходная магутнасць насычэння, што не спрыяе прымяненню мікрахвалевых фатонаў. Працэс параметрычнага ўзмацнення тонкаплёнкавага хвалявода з ніабата літыя, заснаваны на перыядычнай актывацыі і інверсіі, дазваляе дасягнуць нізкага ўзроўню шуму і высокай магутнасці аптычнага ўзмацнення на чыпе, што цалкам адпавядае патрабаванням інтэграванай тэхналогіі мікрахвалевых фатонаў для аптычнага ўзмацнення на чыпе.
Што тычыцца выяўлення святла, тонкаплёнкавы ніабат літыя мае добрыя характарыстыкі прапускання святла ў дыяпазоне 1550 нм. Функцыя фотаэлектрычнага пераўтварэння не рэалізуецца, таму для прымянення мікрахвалевых фатонаў, каб задаволіць патрэбы фотаэлектрычнага пераўтварэння на чыпе, неабходна ўкараніць блокі выяўлення InGaAs або Ge-Si на інтэграваных фатонных чыпах на аснове LNOI шляхам зваркі з задняй загрузкай або эпітаксіяльнага росту. Што тычыцца сувязі з аптычным валакном, паколькі само аптычнае валакно вырабляецца з матэрыялу SiO2, модавае поле хвалявода SiO2 мае найвышэйшую ступень супадзення з модавым полем аптычнага валакна, і сувязь з'яўляецца найбольш зручнай. Дыяметр модавага поля моцна абмежаванага хвалявода тонкаплёнкавага ніабата літыя складае каля 1 мкм, што значна адрозніваецца ад модавага поля аптычнага валакна, таму неабходна выканаць належнае пераўтварэнне модавай плямы, каб супаставіць модавае поле аптычнага валакна.
Што тычыцца інтэграцыі, то высокі патэнцыял інтэграцыі розных матэрыялаў залежыць галоўным чынам ад радыуса выгібу хвалявода (на які ўплывае абмежаванне поля моды хвалявода). Моцна абмежаваны хвалявод дазваляе выкарыстоўваць меншы радыус выгібу, што больш спрыяе рэалізацыі высокай інтэграцыі. Такім чынам, тонкаплёнкавыя хваляводы з ніабата літыя маюць патэнцыял для дасягнення высокай інтэграцыі. Такім чынам, з'яўленне тонкаплёнкавага ніабата літыя дазваляе матэрыялу на аснове ніабата літыя сапраўды гуляць ролю аптычнага «крэмнію». Пры выкарыстанні мікрахвалевых фатонаў перавагі тонкаплёнкавага ніабата літыя больш відавочныя.
Час публікацыі: 23 красавіка 2024 г.