Een van de belangrijkste eigenschappen van een optische modulator is de modulatiesnelheid of bandbreedte, die minstens zo snel moet zijn als de beschikbare elektronica. Transistors met transitfrequenties van ruim boven de 100 GHz zijn al aangetoond in 90 nm siliciumtechnologie, en de snelheid zal verder toenemen naarmate de minimale featuregrootte kleiner wordt [1]. De bandbreedte van de huidige siliciumgebaseerde modulatoren is echter beperkt. Silicium bezit geen χ(2)-niet-lineariteit vanwege de centrosymmetrische kristalstructuur. Het gebruik van gespannen silicium heeft al tot interessante resultaten geleid [2], maar de niet-lineariteiten maken praktische apparaten nog niet mogelijk. De meest geavanceerde siliciumfotonische modulatoren zijn daarom nog steeds afhankelijk van vrije-dragerdispersie in pn- of pin-juncties [3–5]. Er is aangetoond dat voorwaarts gerichte juncties een spannings-lengteproduct van slechts VπL = 0,36 V mm vertonen, maar de modulatiesnelheid wordt beperkt door de dynamiek van minderheidsdragers. Desondanks zijn datasnelheden van 10 Gbit/s gegenereerd met behulp van een pre-emphasis van het elektrische signaal [4]. Door in plaats daarvan omgekeerd voorgespannen juncties te gebruiken, is de bandbreedte vergroot tot ongeveer 30 GHz [5,6], maar het spannings-lengteproduct steeg tot VπL = 40 V mm. Helaas produceren dergelijke fasemodulatoren met plasma-effect 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-aanpak
Recentelijk is de silicium-organische hybride (SOH) benadering voorgesteld [9–12]. Een voorbeeld van een SOH-modulator is weergegeven in Fig. 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], Fig. 1(b). Het apparaat is bedekt met een elektro-optisch organisch materiaal dat de sleuf uniform vult. De modulerende spanning wordt door de metalen elektrische golfgeleider geleid 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 liggen van de diëlektrische sterkte van de meeste materialen. De structuur heeft een hoge modulatie-efficiëntie omdat zowel het modulerende als het optische veld geconcentreerd zijn in de sleuf, Fig. 1(b) [14]. Er zijn inderdaad al eerste implementaties van SOH-modulatoren met een werking onder de volt [11] getoond, en sinusvormige modulatie tot 40 GHz is gedemonstreerd [15,16]. De uitdaging bij het bouwen van laagspannings-snelle SOH-modulatoren is echter het creëren van een zeer geleidende verbindingsstrip. In een equivalent circuit kan de sleuf worden voorgesteld door een condensator C en de geleidende strips door weerstanden R, Fig. 1(b). De corresponderende RC-tijdconstante bepaalt de bandbreedte van het apparaat [10,14,17,18]. Om de weerstand R te verlagen, is voorgesteld om de siliciumstrips te doteren [10,14]. Hoewel doteren de geleidbaarheid van de siliciumstrips verhoogt (en dus de optische verliezen verhoogt), gaat dit gepaard met een extra verlies, omdat de elektronenmobiliteit wordt belemmerd door verstrooiing door onzuiverheden [10,14,19]. Bovendien vertoonden de meest recente fabricagepogingen een onverwacht lage geleidbaarheid.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., gevestigd in Beijing Zhongguancun, ook wel bekend als "Silicon Valley", is een hightechbedrijf dat zich richt op het ondersteunen van binnenlandse en buitenlandse onderzoeksinstellingen, universiteiten en wetenschappelijk personeel van bedrijven. Ons bedrijf houdt zich voornamelijk bezig met de onafhankelijke ontwikkeling, het ontwerp, de productie en de verkoop van opto-elektronische producten en biedt innovatieve oplossingen en professionele, gepersonaliseerde diensten aan wetenschappelijk onderzoekers en industriële ingenieurs. Na jaren van onafhankelijke innovatie heeft het bedrijf een uitgebreid en perfect assortiment foto-elektrische producten ontwikkeld, die op grote schaal worden gebruikt in de gemeentelijke sector, defensie, transport, energiesector, financiële sector, onderwijs, medische sector en andere industrieën.
Wij kijken uit naar een samenwerking met u!
Geplaatst op: 29 maart 2023