Een van de belangrijkste eigenschappen van een optische modulator is de modulatiesnelheid of bandbreedte, die minstens zo snel moet zijn als de beschikbare elektronica. Transistoren met transitfrequenties ruim boven de 100 GHz zijn al gedemonstreerd in 90 nm siliciumtechnologie, en de snelheid zal verder toenemen naarmate de minimale feature size wordt verkleind [1]. De bandbreedte van huidige siliciummodulatoren is echter beperkt. Silicium bezit geen χ(2)-nlineariteit vanwege zijn centrosymmetrische kristalstructuur. Het gebruik van gespannen silicium heeft al tot interessante resultaten geleid [2], maar de niet-lineariteiten laten nog geen praktische apparaten toe. State-of-the-art siliciumfotonische modulatoren vertrouwen daarom nog steeds op vrije-ladingdragerdispersie in pn- of pinovergangen [3–5]. Van doorlaatvoorgespannen overgangen is aangetoond dat ze een spanningslengteproduct vertonen van slechts VπL = 0,36 V mm, maar de modulatiesnelheid wordt beperkt door de dynamiek van minoriteitsladingdragers. Toch zijn datasnelheden van 10 Gbit/s gegenereerd met behulp van een pre-emphase van het elektrische signaal [4]. Door in plaats daarvan spergepolariseerde juncties te gebruiken, is de bandbreedte verhoogd tot ongeveer 30 GHz [5,6], maar steeg het spanningslengteproduct tot VπL = 40 V mm. Helaas produceren dergelijke plasma-effectfasemodulatoren ook ongewenste intensiteitsmodulatie [7], en reageren ze niet-lineair op de aangelegde spanning. Geavanceerde modulatieformaten zoals QAM vereisen echter een lineaire respons en zuivere fasemodulatie, waardoor de exploitatie van het elektro-optische effect (Pockels-effect [8]) bijzonder wenselijk is.
2. SOH-benadering
Recentelijk is de silicium-organische hybride (SOH) benadering voorgesteld [9–12]. Een voorbeeld van een SOH-modulator is weergegeven in figuur 1(a). Deze bestaat uit een sleufgolfgeleider die het optische veld geleidt, en twee siliciumstrips die de optische golfgeleider elektrisch verbinden met de metalen elektroden. De elektroden bevinden zich buiten het optische modale veld om optische verliezen te voorkomen [13], figuur 1(b). Het apparaat is bedekt met een elektro-optisch organisch materiaal dat de sleuf gelijkmatig vult. De modulerende spanning wordt door de metalen elektrische golfgeleider gedragen en neemt af over de sleuf dankzij de geleidende siliciumstrips. Het resulterende elektrische veld verandert vervolgens de brekingsindex in de sleuf door het ultrasnelle elektro-optische effect. Omdat de sleuf een breedte heeft van ongeveer 100 nm, zijn enkele volts voldoende om zeer sterke modulerende velden te genereren die in de orde van grootte van de diëlektrische sterkte van de meeste materialen liggen. De structuur heeft een hoge modulatie-efficiëntie omdat zowel het modulerende als het optische veld geconcentreerd zijn in de sleuf, figuur 1(b) [14]. De eerste implementaties van SOH-modulatoren met subvolt-werking [11] zijn inderdaad al getoond, en sinusvormige modulatie tot 40 GHz werd gedemonstreerd [15,16]. De uitdaging bij het bouwen van laagspannings- en hogesnelheids-SOH-modulatoren is echter het creëren van een zeer geleidende verbindingsstrip. In een equivalent circuit kan de sleuf worden weergegeven door een condensator C en de geleidende strips door weerstanden R, figuur 1(b). De bijbehorende RC-tijdconstante bepaalt de bandbreedte van het apparaat [10,14,17,18]. Om de weerstand R te verlagen, is voorgesteld om de siliciumstrips te doperen [10,14]. Hoewel doperen de geleidbaarheid van de siliciumstrips verhoogt (en dus de optische verliezen verhoogt), betaalt men een extra verliesstraf omdat de elektronenmobiliteit wordt aangetast door verstrooiing van onzuiverheden [10,14,19]. Bovendien lieten de meest recente fabricagepogingen een onverwacht lage geleidbaarheid zien.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., gevestigd in de Chinese "Silicon Valley" – Beijing Zhongguancun, is een hightechonderneming die zich toelegt op de dienstverlening aan binnen- en buitenlandse onderzoeksinstellingen, onderzoeksinstituten, universiteiten en wetenschappelijk personeel. Ons bedrijf houdt zich voornamelijk bezig met onafhankelijk onderzoek en ontwikkeling, ontwerp, productie en verkoop van opto-elektronische producten en biedt innovatieve oplossingen en professionele, gepersonaliseerde diensten aan wetenschappelijk onderzoekers en industrieel ingenieurs. Na jaren van onafhankelijke innovatie heeft het een rijke en perfecte reeks foto-elektrische producten ontwikkeld, die veelvuldig worden gebruikt in gemeentelijke, militaire, transport-, elektriciteits-, financiële, onderwijs-, medische en andere sectoren.
Wij kijken uit naar de samenwerking met u!
Plaatsingstijd: 29-03-2023