Hoge lineariteitelektro-optische modulatoren microgolffotonentoepassing
Met de toenemende eisen aan communicatiesystemen zullen mensen, om de transmissie-efficiëntie van signalen verder te verbeteren, fotonen en elektronen samensmelten om complementaire voordelen te bereiken, en microgolffotonica zal geboren worden.De elektro-optische modulator is nodig voor de omzetting van elektriciteit naar lichtmicrogolf fotonische systemen, en deze belangrijke stap bepaalt meestal de prestaties van het hele systeem.Omdat de conversie van een radiofrequentiesignaal naar een optisch domein een analoog signaalproces is, en gewoonelektro-optische modulatoreninherente niet-lineariteit hebben, treedt er ernstige signaalvervorming op tijdens het conversieproces.Om een geschatte lineaire modulatie te bereiken, wordt het werkpunt van de modulator gewoonlijk vastgezet op het orthogonale voorspanningspunt, maar het kan nog steeds niet voldoen aan de eisen van de microgolffotonenverbinding voor de lineariteit van de modulator.Er is dringend behoefte aan elektro-optische modulatoren met een hoge lineariteit.
De snelle modulatie van de brekingsindex van siliciummaterialen wordt gewoonlijk bereikt door het vrije dragerplasmadispersie-effect (FCD).Zowel het FCD-effect als de PN-junctiemodulatie zijn niet-lineair, waardoor de siliciummodulator minder lineair is dan de lithiumniobaatmodulator.Lithiumniobaatmaterialen vertonen uitstekende eigenschappenelektro-optische modulatieeigenschappen dankzij hun Pucker-effect.Tegelijkertijd heeft lithiumniobaatmateriaal de voordelen van een grote bandbreedte, goede modulatiekarakteristieken, weinig verliezen, gemakkelijke integratie en compatibiliteit met halfgeleiderprocessen, het gebruik van dunne film lithiumniobaat om een krachtige elektro-optische modulator te maken, vergeleken met silicium bijna geen “korte plaat”, maar ook om een hoge lineariteit te bereiken.Dunne film lithiumniobaat (LNOI) elektro-optische modulator op isolator is een veelbelovende ontwikkelingsrichting geworden.Met de ontwikkeling van materiaalvoorbereidingstechnologie voor dunne film lithiumniobaat en golfgeleideretstechnologie, is de hoge conversie-efficiëntie en hogere integratie van de elektro-optische modulator van dunne film lithiumniobaat het terrein geworden van de internationale academische wereld en de industrie.
Kenmerken van dunne-film lithiumniobaat
In de Verenigde Staten heeft DAP AR planning de volgende evaluatie gemaakt van lithiumniobaatmaterialen: als het centrum van de elektronische revolutie vernoemd is naar het siliciummateriaal dat dit mogelijk maakt, dan zal de geboorteplaats van de fotonische revolutie waarschijnlijk vernoemd worden naar lithiumniobaat .Dit komt omdat lithiumniobaat elektro-optisch effect, akoesto-optisch effect, piëzo-elektrisch effect, thermo-elektrisch effect en fotorefractief effect in één integreert, net als siliciummaterialen op het gebied van de optica.
In termen van optische transmissie-eigenschappen heeft InP-materiaal het grootste transmissieverlies op de chip als gevolg van de absorptie van licht in de veelgebruikte 1550 nm-band.SiO2 en siliciumnitride hebben de beste transmissie-eigenschappen en het verlies kan oplopen tot ~ 0,01 dB/cm;Momenteel kan het golfgeleiderverlies van dunne-film lithiumniobaatgolfgeleider het niveau van 0,03 dB / cm bereiken, en het verlies van dunne-film lithiumniobaatgolfgeleider heeft het potentieel om verder te worden verminderd met de voortdurende verbetering van het technologische niveau in de toekomst.Daarom zal het dunne-film lithiumniobaatmateriaal goede prestaties laten zien voor passieve lichtstructuren zoals fotosynthesepad, shunt en microring.
Wat betreft lichtopwekking heeft alleen InP het vermogen om direct licht uit te zenden;Daarom is het voor de toepassing van microgolffotonen noodzakelijk om de op InP gebaseerde lichtbron te introduceren op de op LNOI gebaseerde fotonische geïntegreerde chip door middel van backloading-lassen of epitaxiale groei.In termen van lichtmodulatie is hierboven benadrukt dat dunne-film lithiumniobaatmateriaal gemakkelijker een grotere modulatiebandbreedte, een lagere halvegolfspanning en een lager transmissieverlies kan bereiken dan InP en Si.Bovendien is de hoge lineariteit van elektro-optische modulatie van dunne-film lithiumniobaatmaterialen essentieel voor alle microgolffotontoepassingen.
In termen van optische routering zorgt de snelle elektro-optische respons van dunne-film lithiumniobaatmateriaal ervoor dat de op LNOI gebaseerde optische schakelaar in staat is tot snelle optische routeringsschakeling, en het stroomverbruik van dergelijke snelle schakeling is ook erg laag.Voor de typische toepassing van geïntegreerde microgolffotontechnologie heeft de optisch bestuurde beamforming-chip het vermogen om op hoge snelheid te schakelen om te voldoen aan de behoeften van snelle bundelscanning, en de kenmerken van een ultralaag energieverbruik zijn goed aangepast aan de strenge eisen van grote Phased Array-systeem op schaal.Hoewel de op InP gebaseerde optische schakelaar ook snelle optische padschakeling kan realiseren, zal deze grote ruis introduceren, vooral wanneer de optische schakelaar met meerdere niveaus in cascade wordt geschakeld, zal de ruiscoëfficiënt ernstig verslechteren.Silicium-, SiO2- en siliciumnitridematerialen kunnen alleen optische paden schakelen via het thermo-optische effect of dragerdispersie-effect, wat de nadelen heeft van een hoog stroomverbruik en een lage schakelsnelheid.Wanneer de arraygrootte van de phased array groot is, kan deze niet voldoen aan de eisen op het gebied van energieverbruik.
In termen van optische versterking is dehalfgeleider optische versterker (SOA) gebaseerd op InP is volwassen geworden voor commercieel gebruik, maar heeft de nadelen van een hoge ruiscoëfficiënt en een laag verzadigingsuitgangsvermogen, wat niet bevorderlijk is voor de toepassing van microgolffotonen.Het parametrische versterkingsproces van dunne-film lithiumniobaat-golfgeleiders op basis van periodieke activering en inversie kan optische versterking op de chip met lage ruis en hoog vermogen bereiken, die goed kan voldoen aan de eisen van geïntegreerde microgolffotontechnologie voor optische versterking op de chip.
In termen van lichtdetectie heeft het dunne-film lithiumniobaat goede transmissie-eigenschappen voor licht in de 1550 nm-band.De functie van foto-elektrische conversie kan niet worden gerealiseerd, dus voor microgolffotontoepassingen, om te voldoen aan de behoeften van foto-elektrische conversie op de chip.InGaAs- of Ge-Si-detectie-eenheden moeten worden geïntroduceerd op op LNOI gebaseerde fotonische geïntegreerde chips door middel van backload-lassen of epitaxiale groei.In termen van koppeling met optische vezels, omdat de optische vezel zelf SiO2-materiaal is, heeft het modusveld van de SiO2-golfgeleider de hoogste mate van aanpassing met het modusveld van optische vezels, en is de koppeling het handigst.De modusvelddiameter van de sterk beperkte golfgeleider van dunne-film lithiumniobaat is ongeveer 1 μm, wat nogal verschilt van het modusveld van optische vezels, dus de juiste modusvlektransformatie moet worden uitgevoerd om overeen te komen met het modusveld van optische vezels.
In termen van integratie hangt de vraag of verschillende materialen een hoog integratiepotentieel hebben voornamelijk af van de buigradius van de golfgeleider (beïnvloed door de beperking van het golfgeleidermodusveld).De sterk beperkte golfgeleider maakt een kleinere buigradius mogelijk, wat gunstiger is voor het realiseren van een hoge integratie.Daarom hebben dunnefilm-lithiumniobaatgolfgeleiders het potentieel om een hoge integratie te bereiken.Daarom maakt het verschijnen van dunne-film lithiumniobaat het mogelijk dat lithiumniobaatmateriaal echt de rol van optisch “silicium” speelt.Voor de toepassing van microgolffotonen zijn de voordelen van dunne-film lithiumniobaat duidelijker.
Posttijd: 23 april 2024