Жоғары сызықтықэлектрооптикалық модуляторжәне микротолқынды фотонды қолдану
Байланыс жүйелеріне қойылатын талаптардың артуымен, сигналдардың берілу тиімділігін одан әрі жақсарту үшін адамдар фотондар мен электрондарды біріктіріп, өзара толықтыратын артықшылықтарға қол жеткізеді, ал микротолқынды фотоника пайда болады. Электро-оптикалық модулятор электр энергиясын жарыққа түрлендіру үшін қажет.микротолқынды фотондық жүйелер, және бұл негізгі қадам әдетте бүкіл жүйенің жұмысын анықтайды. Радиожиілік сигналын оптикалық доменге түрлендіру аналогтық сигнал процесі болғандықтан және қарапайымэлектрооптикалық модуляторларсызықтық еместігі бар, түрлендіру процесінде сигналдың бұрмалануы байқалады. Сызықтық модуляцияға жақындау үшін модулятордың жұмыс нүктесі әдетте ортогоналды ығысу нүктесінде бекітіледі, бірақ ол әлі де модулятордың сызықтықтығына қойылатын микротолқынды фотондық байланыстың талаптарын қанағаттандыра алмайды. Жоғары сызықтықтығы бар электрооптикалық модуляторлар шұғыл қажет.
Кремний материалдарының жоғары жылдамдықты сыну көрсеткішінің модуляциясы әдетте бос тасымалдаушы плазма дисперсиясы (FCD) әсері арқылы жүзеге асырылады. FCD әсері де, PN түйіспе модуляциясы да сызықты емес, бұл кремний модуляторын литий ниобаты модуляторына қарағанда сызықты емес етеді. Литий ниобаты материалдары өте жақсы нәтиже көрсетеді.электрооптикалық модуляцияқасиеттері Пакер эффектісіне байланысты. Сонымен қатар, литий ниобаты материалының үлкен өткізу қабілеттілігі, жақсы модуляция сипаттамалары, төмен шығын, оңай интеграция және жартылай өткізгіш процесімен үйлесімділік, жоғары өнімді электро-оптикалық модулятор жасау үшін жұқа пленкалы литий ниобатын пайдалану артықшылықтары бар, кремниймен салыстырғанда «қысқа пластина» жоқ, сонымен қатар жоғары сызықтыққа қол жеткізу. Оқшаулағыштағы жұқа пленкалы литий ниобаты (LNOI) электро-оптикалық модуляторы перспективалы даму бағытына айналды. Жұқа пленкалы литий ниобатын дайындау технологиясы мен толқын өткізгішті ою технологиясының дамуымен жұқа пленкалы литий ниобатын электро-оптикалық модулятордың жоғары конверсия тиімділігі және жоғары интеграциясы халықаралық академиялық және өнеркәсіптік салаға айналды.
Жұқа қабықшалы литий ниобатының сипаттамалары
Америка Құрама Штаттарында DAP AR жоспарлауы литий ниобаты материалдарына келесі бағалауды жүргізді: егер электрондық революцияның орталығы оны мүмкін ететін кремний материалының атымен аталса, онда фотоника революциясының туған жері литий ниобаты атымен аталуы мүмкін. Себебі литий ниобаты оптика саласындағы кремний материалдары сияқты электрооптикалық эффектіні, акустооптикалық эффектіні, пьезоэлектрлік эффектіні, термоэлектрлік эффектіні және фоторефрактивті эффектіні біріктіреді.
Оптикалық өткізгіштік сипаттамалары тұрғысынан InP материалы жиі қолданылатын 1550 нм диапазондағы жарықтың жұтылуына байланысты чиптегі өткізгіштік шығыны ең үлкен. SiO2 және кремний нитриді ең жақсы өткізгіштік сипаттамаларға ие және шығын ~ 0,01 дБ/см2 деңгейіне жетуі мүмкін; Қазіргі уақытта жұқа пленкалы литий ниобаты толқын өткізгішінің толқын өткізгіштік шығыны 0,03 дБ/см2 деңгейіне жетуі мүмкін, ал жұқа пленкалы литий ниобаты толқын өткізгішінің шығыны болашақта технологиялық деңгейдің үздіксіз жақсаруымен одан әрі төмендеуі мүмкін. Сондықтан жұқа пленкалы литий ниобаты материалы фотосинтетикалық жол, шунт және микросақина сияқты пассивті жарық құрылымдары үшін жақсы өнімділік көрсетеді.
Жарық генерациясы тұрғысынан тек InP ғана тікелей жарық шығару мүмкіндігіне ие; Сондықтан, микротолқынды фотондарды қолдану үшін LNOI негізіндегі фотондық интеграцияланған чипке кері жүктеуді дәнекерлеу немесе эпитаксиалды өсіру арқылы InP негізіндегі жарық көзін енгізу қажет. Жарық модуляциясы тұрғысынан жоғарыда жұқа қабықшалы литий ниобаты материалы InP және Si-ге қарағанда үлкен модуляция өткізу қабілеттілігіне, төменгі жартылай толқындық кернеуге және төменгі беріліс шығынына қол жеткізу оңайырақ екені атап өтілді. Сонымен қатар, жұқа қабықшалы литий ниобаты материалдарының электрооптикалық модуляциясының жоғары сызықтылығы барлық микротолқынды фотондарды қолдану үшін өте маңызды.
Оптикалық бағыттау тұрғысынан алғанда, жұқа пленкалы литий ниобаты материалының жоғары жылдамдықты электро-оптикалық реакциясы LNOI негізіндегі оптикалық қосқышты жоғары жылдамдықты оптикалық бағыттау коммутациясына қабілетті етеді, және мұндай жоғары жылдамдықты коммутацияның қуат тұтынуы да өте төмен. Интеграцияланған микротолқынды фотон технологиясының типтік қолданылуы үшін оптикалық басқарылатын сәуле түзуші чип жылдам сәуле сканерлеу қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін жоғары жылдамдықты коммутация мүмкіндігіне ие және өте төмен қуат тұтыну сипаттамалары ірі көлемді фазалы массив жүйесінің қатаң талаптарына жақсы бейімделген. InP негізіндегі оптикалық қосқыш жоғары жылдамдықты оптикалық жолды ауыстыруды жүзеге асыра алса да, ол үлкен шу тудырады, әсіресе көп деңгейлі оптикалық қосқыш каскадталған кезде шу коэффициенті айтарлықтай нашарлайды. Кремний, SiO2 және кремний нитриді материалдары оптикалық жолдарды тек термо-оптикалық әсер немесе тасымалдаушы дисперсия әсері арқылы ауыстыра алады, бұл жоғары қуат тұтынуы және баяу коммутация жылдамдығы сияқты кемшіліктерге ие. Фазаланған массивтің массив өлшемі үлкен болған кезде, ол қуат тұтыну талаптарына сәйкес келе алмайды.
Оптикалық күшейту тұрғысынан алғанда,жартылай өткізгіш оптикалық күшейткіш (SOA) InP негізіндегі технология коммерциялық мақсатта қолдануға жетілген, бірақ оның жоғары шу коэффициенті мен төмен қанығу шығыс қуаты сияқты кемшіліктері бар, бұл микротолқынды фотондарды қолдануға қолайлы емес. Периодты активтендіру және инверсияға негізделген жұқа қабықшалы литий ниобаты толқын өткізгішінің параметрлік күшейту процесі төмен шу мен жоғары қуатты чиптегі оптикалық күшейтуге қол жеткізе алады, бұл чиптегі оптикалық күшейтуге арналған интеграцияланған микротолқынды фотон технологиясының талаптарына толық сәйкес келеді.
Жарықты анықтау тұрғысынан жұқа қабықшалы литий ниобаты 1550 нм диапазондағы жарыққа жақсы өткізгіштік сипаттамаларына ие. Фотоэлектрлік түрлендіру функциясын жүзеге асыру мүмкін емес, сондықтан микротолқынды фотонды қолдану үшін чиптегі фотоэлектрлік түрлендіру қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін LNOI негізіндегі фотонды интеграцияланған чиптерге кері жүктеуді дәнекерлеу немесе эпитаксиалды өсіру арқылы InGaAs немесе Ge-Si анықтау қондырғыларын енгізу қажет. Оптикалық талшықпен байланыс тұрғысынан, оптикалық талшықтың өзі SiO2 материалы болғандықтан, SiO2 толқын өткізгішінің режим өрісі оптикалық талшықтың режим өрісімен ең жоғары сәйкестік дәрежесіне ие және байланыс ең ыңғайлы. Жұқа қабықшалы литий ниобатының қатты шектелген толқын өткізгішінің режим өрісінің диаметрі шамамен 1 мкм құрайды, бұл оптикалық талшықтың режим өрісінен айтарлықтай ерекшеленеді, сондықтан оптикалық талшықтың режим өрісіне сәйкес келу үшін режим нүктесінің дұрыс түрленуі жүргізілуі керек.
Интеграция тұрғысынан алғанда, әртүрлі материалдардың жоғары интеграциялық әлеуетке ие болуы негізінен толқын өткізгіштің иілу радиусына байланысты (толқын өткізгіш режимінің өрісінің шектелуіне байланысты). Қатты шектеулі толқын өткізгіш кішірек иілу радиусына мүмкіндік береді, бұл жоғары интеграцияны жүзеге асыруға қолайлы. Сондықтан жұқа пленкалы литий ниобаты толқын өткізгіштері жоғары интеграцияға қол жеткізу мүмкіндігіне ие. Сондықтан жұқа пленкалы литий ниобатының пайда болуы литий ниобаты материалының оптикалық «кремний» рөлін шынымен атқаруына мүмкіндік береді. Микротолқынды фотондарды қолдану үшін жұқа пленкалы литий ниобатының артықшылықтары айқынырақ.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 23 сәуір