Перавагі і значэнне тонкай плёнкі літый Niobate ў інтэграванай мікрахвалевай тэхналогіі фатона
Тэхналогія мікрахвалевай печымае перавагі вялікай працоўнай прапускной здольнасці, моцнай паралельнай здольнасці апрацоўкі і нізкай страты перадачы, якая можа патэнцыйна разбіць тэхнічнае вузка традыцыйнай мікрахвалевай сістэмы і павысіць прадукцыйнасць ваеннага электроннага інфармацыйнага абсталявання, такіх як радары, электронная вайна, сувязь і вымярэнне і кантроль. Аднак мікрахвалевая сістэма фатонаў, заснаваная на дыскрэтных прыладах, мае некаторыя праблемы, такія як вялікі аб'ём, вялікая вага і дрэнная стабільнасць, якія сур'ёзна абмяжоўваюць прымяненне тэхналогіі мікрахвалевых фатонаў на платформах Spaceborne і паветра. Такім чынам, інтэграваная мікрахвалевая тэхналогія фатона становіцца важнай падтрымкай, каб парушыць прымяненне мікрахвалевага фатона ў ваеннай электроннай інфармацыйнай сістэме і дае поўную гульню ў перавагі мікрахвалевай тэхналогіі фатонаў.
У цяперашні час тэхналогія фатонічнай інтэграцыі на аснове SI і тэхналогіі фатонічнай інтэграцыі на аснове INP становяцца ўсё больш сталымі пасля шматгадовага развіцця ў галіне аптычнай камунікацыі, і на рынак было пастаўлена шмат прадуктаў. Аднак для прымянення мікрахвалевага фатона ёсць некаторыя праблемы ў гэтых двух відах тэхналогій інтэграцыі фатонаў: напрыклад, нелінейны электра-аптычны каэфіцыент SI мадулятара і мадулятара INP супярэчыць высокай лінейнасці і вялікіх дынамічных характарыстык, якія займаюцца тэхналогіяй Microwave Photon; Напрыклад, аптычны перамыкач крэмнію, які рэалізуе аптычны пераключэнне шляху, ці грунтуецца на цепла-аптычны эфект, п'езаэлектрычны эфект або дысперсійны эфект носьбіта, мае праблемы павольнай хуткасці пераключэння, спажывання электраэнергіі і спажывання цяпла, якія не могуць адпавядаць сканаванню хуткага прамяня і вялікім масівам мікрахвалевых фотонаў.
Niobate літый заўсёды быў першым выбарам для высокай хуткасціэлектра-аптычная мадуляцыяМатэрыялы з-за выдатнага лінейнага электра-аптычнага эфекту. Аднак традыцыйны літый ніёбатЭлектра-аптычны мадулятарзроблены з масіўнага крыштальнага матэрыялу літыя, а памер прылады вельмі вялікі, што не можа задаволіць патрэбы ўбудаванай мікрахвалевай тэхналогіі фатонаў. Як інтэграваць матэрыялы літыя ніёбата з лінейным электра-аптычным каэфіцыентам у інтэграваную тэхналагічную сістэму мікрахвалевай печы сталі мэтай адпаведных даследчыкаў. У 2018 годзе навукова-даследчая група з Гарвардскага універсітэта ў ЗША ўпершыню паведаміла пра тэхналогію фатонічнай інтэграцыі, заснаваную на тонкай плёнкавай літыяйнай ніёбаце ў прыродзе, таму што гэтая тэхналогія мае перавагі высокай інтэграцыі, вялікую электра-аптычную прапускную здольнасць і высокую лінейнасць электра-аптычнага эфекту, як толькі запусціўшы, яна адразу ж выклікала акадэмічную ўвагу і прамысловую ўвагу ў сферы фоталічнай інтэграцыі і мікравайдавай фатыцы і мікравайдавай фатонікі. З пункту гледжання прымянення мікрахвалевага фатона, у гэтым артыкуле разглядаецца ўплыў і значэнне тэхналогіі інтэграцыі фатонаў на аснове тонкай плёнкі літыя ніёбата на распрацоўку тэхналогіі мікрахвалевай печы.
Матэрыял тонкай плёнкі літый і тонкая плёнкалітый Niobate мадулятар
У апошнія два гады з'явіўся новы тып літыя ніёбата, гэта значыць літый-ніёбатавы плёнка адслойваецца ад масіўнага літый-ніёбата крышталя метадам "іёна нарэзкі" і звязаны з пласцінкай Si з пластом у крэмне-буфера, які ўтварае LNOI (Linbo3-онсулатарны матэрыял) [5], які называецца тонкім плёнкавым матэрыялам. Рыдж -хваляводы з вышынёй больш за 100 нанаметраў можна ўрэзацца на тонкай плёнкавай літыяневай ніёбаце матэрыялаў шляхам аптымізаванага працэсу сухога тручэння, а эфектыўная розніца ў індэксе праламлення хваляводаў можа дасягаць больш за 0,8 (значна большая, чым пераломная розніца ў традыцыйным літый -ніёбаце, хваляванні 0,02), як паказана на малюнку 1. Пры распрацоўцы модулятара поле з мікрахвалевым полем. Такім чынам, выгадна дасягнуць напружання ніжняй паловы хвалі і большай прапускной здольнасці мадуляцыі ў меншай даўжыні.
З'яўленне літый-ніёбата з нізкай стратай літыевага помікроннага хвалявода парушае вузкае месца высокага напружання руху традыцыйнага электра-аптычнага модулятара літыя. Размяшчэнне электрода можа быць зніжана да ~ 5 мкм, а перакрыцце паміж электрычным полем і полем аптычнага рэжыму значна павялічваецца, а Vπ · l памяншаецца з больш чым 20 В · см да менш чым 2,8 В · см. Такім чынам, пад аднолькавым напружаннем паловы хвалі даўжыню прылады можна значна паменшыць у параўнанні з традыцыйным мадулятарам. У той жа час, аптымізаваўшы параметры шырыні, таўшчыні і інтэрвалу рухомых хвалі электрода, як паказана на малюнку, мадулятар можа мець магчымасць ультра-высокай прапускной здольнасці мадуляцыі больш за 100 Ггц.
Мал.1 （A） Разлічанае размеркаванне рэжыму і （B） Выява перасеку LN хвалявода
Мал.
Параўнанне тонкай плёнкі літый-ніёбата мадулятараў з традыцыйнымі камерцыйнымі мадулятарамі літый Niobate, мадулятарамі на аснове крэмнію і мадулятарамі індыя (INP) і іншымі існуючымі хуткаснымі электра-аптычнымі мадулятарамі, асноўнымі параметрамі параўнання ўключаюць:
(1) прадукт даўжыні вольт-даўжынёй (Vπ · L, V · CM), вымяраючы эфектыўнасць мадуляцыі модулятара, тым менш значэнне, тым вышэй эфектыўнасць мадуляцыі;
(2) прапускная здольнасць мадуляцыі 3 дБ (ГГц), якая вымярае рэакцыю мадулятара на высокачашчынную мадуляцыю;
(3) Аптычная страта ўстаўкі (DB) у вобласці мадуляцыі. З табліцы відаць, што тонкая плёнкавая літый-ніёбата мадулятар мае відавочныя перавагі ў прапускной здольнасці мадуляцыі, напружання ў паў-хвалі, аптычнай страты інтэрпаляцыі і гэтак далей.
Дагэтуль быў распрацаваны крэмній, паколькі краевугольны камень інтэграванай оптаэлектронікі быў распрацаваны, працэс сталы, яго мініяцюрызацыя спрыяе маштабнай інтэграцыі актыўных/пасіўных прылад, і яго мадулятар шырока і глыбока вывучаны ў галіне аптычнай камунікацыі. Механізмам электра-аптычнай мадуляцыі крэмнію з'яўляецца ў асноўным выяўленне носьбіта, ін'екцыя носьбіта і назапашванне носьбіта. Among them, the bandwidth of the modulator is optimal with the linear degree carrier depletion mechanism, but because the optical field distribution overlaps with the non-uniformity of the depletion region, this effect will introduce nonlinear second-order distortion and third-order intermodulation distortion terms, coupled with the absorption effect of the carrier on the light, which will lead to the reduction of the optical modulation amplitude and signal скажэнне.
Модулятар INP аказвае выдатныя электрааптычныя эфекты, і шматслаёвая квантавая структура свідравіны можа рэалізаваць ультравысокі хуткасць і мадулятары напружання з нізкім узроўнем кіравання з Vπ · L да 0,156V · мм. Аднак варыяцыя індэкса праламлення з электрычным полем ўключае ў сябе лінейныя і нелінейныя тэрміны, а павелічэнне інтэнсіўнасці электрычнага поля зробіць эфект другога парадку. Такім чынам, крэмній і электра-аптычныя мадулятары INP павінны прымяняць зрушэнне для фарміравання PN-развязкі, калі яны працуюць, а PN Junction прывядзе да страты паглынання. Аднак памер мадулятара гэтых двух невялікі, камерцыйны памер мадулятара INP складае 1/4 мадулятара LN. Высокая эфектыўнасць мадуляцыі, прыдатная для высокай шчыльнасці і лічбавых аптычных сетак перадачы, такіх як цэнтры апрацоўкі дадзеных. Электра-аптычны эфект літыя ніёбата не мае механізму паглынання святла і нізкай страты, які падыходзіць для кагерэнтных міжгародніаптычная камунікацыяз вялікай магутнасцю і высокай хуткасцю. У мікрахвалевым фатоне электра-аптычныя каэфіцыенты Si і INP нелінейныя, што не падыходзіць для мікрахвалевай сістэмы фатонаў, якая пераследуе высокую лінейнасць і вялікую дынаміку. Матэрыял Niobate літыя вельмі падыходзіць для ўжывання мікрахвалевага фатона з-за яго цалкам лінейнага каэфіцыента электра-аптычнай мадуляцыі.
Час пасля: красавік-22-2024