En af de vigtigste egenskaber ved en optisk modulator er dens modulationshastighed eller båndbredde, som bør være mindst lige så hurtig som den tilgængelige elektronik. Transistorer med transitfrekvenser et godt stykke over 100 GHz er allerede blevet demonstreret i 90 nm siliciumteknologi, og hastigheden vil stige yderligere, efterhånden som den minimale funktionsstørrelse reduceres [1]. Båndbredden for nutidens siliciumbaserede modulatorer er dog begrænset. Silicium besidder ikke en χ(2)-ikke-linearitet på grund af sin centrosymmetriske krystallinske struktur. Brugen af spændt silicium har allerede ført til interessante resultater [2], men ikke-lineariteterne tillader endnu ikke praktiske anordninger. State-of-the-art silicium fotoniske modulatorer er derfor stadig afhængige af fri-bærer dispersion i pn- eller pin-forbindelser [3-5]. Fremadrettede forspændte forbindelser har vist sig at udvise et spændingslængdeprodukt så lavt som VπL = 0,36 V mm, men modulationshastigheden er begrænset af dynamikken hos minoritetsbærere. Alligevel er datahastigheder på 10 Gbit/s blevet genereret ved hjælp af en forudbetoning af det elektriske signal [4]. Ved i stedet at bruge omvendt forspændte forbindelser er båndbredden blevet øget til omkring 30 GHz [5,6], men spændings-længdeproduktet steg til VπL = 40 V mm. Desværre producerer sådanne plasmaeffektfasemodulatorer også uønsket intensitetsmodulation [7], og de reagerer ikke-lineært på den påførte spænding. Avancerede modulationsformater som QAM kræver dog en lineær respons og ren fasemodulation, hvilket gør udnyttelsen af den elektrooptiske effekt (Pockels-effekten [8]) særligt ønskelig.
2. SOH-tilgang
For nylig er silicium-organisk hybrid (SOH)-tilgangen blevet foreslået [9-12]. Et eksempel på en SOH-modulator er vist i figur 1(a). Den består af en spaltebølgeleder, der styrer det optiske felt, og to siliciumstrimler, der elektrisk forbinder den optiske bølgeleder med de metalliske elektroder. Elektroderne er placeret uden for det optiske modalfelt for at undgå optiske tab [13], figur 1(b). Enheden er belagt med et elektrooptisk organisk materiale, der ensartet fylder spalten. Modulationsspændingen bæres af den metalliske elektriske bølgeleder og falder over spalten takket være de ledende siliciumstrimler. Det resulterende elektriske felt ændrer derefter brydningsindekset i spalten gennem den ultrahurtige elektrooptiske effekt. Da spalten har en bredde i størrelsesordenen 100 nm, er et par volt nok til at generere meget stærke modulerende felter, der er i størrelsesordenen af den dielektriske styrke af de fleste materialer. Strukturen har en høj modulationseffektivitet, da både de modulerende og de optiske felter er koncentreret inde i spalten, figur 1(b) [14]. Faktisk er de første implementeringer af SOH-modulatorer med subvolt-drift [11] allerede blevet vist, og sinusformet modulation op til 40 GHz er blevet demonstreret [15,16]. Udfordringen ved at bygge lavspændings-SOH-modulatorer med høj hastighed er imidlertid at skabe en meget ledende forbindelsesstrimmel. I et ækvivalent kredsløb kan spalten repræsenteres af en kondensator C og de ledende strimler af modstande R, fig. 1(b). Den tilsvarende RC-tidskonstant bestemmer enhedens båndbredde [10,14,17,18]. For at mindske modstanden R er det blevet foreslået at dotere siliciumstrimlerne [10,14]. Mens dotering øger siliciumstrimlernes ledningsevne (og derfor øger optiske tab), betaler man en yderligere tabsstraf, fordi elektronmobiliteten forringes af urenhedsspredning [10,14,19]. Desuden viste de seneste fremstillingsforsøg uventet lav ledningsevne.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., der er beliggende i Kinas "Silicon Valley" – Beijing Zhongguancun, er en højteknologisk virksomhed dedikeret til at betjene indenlandske og udenlandske forskningsinstitutioner, universiteter og videnskabeligt forskningspersonale i virksomheder. Vores virksomhed beskæftiger sig primært med uafhængig forskning og udvikling, design, fremstilling og salg af optoelektroniske produkter og leverer innovative løsninger og professionelle, personlige tjenester til videnskabelige forskere og industrielle ingeniører. Efter mange års uafhængig innovation har virksomheden dannet en rig og perfekt serie af fotoelektriske produkter, der er meget udbredt inden for kommunal, militær, transport, el, finans, uddannelse, medicin og andre industrier.
Vi ser frem til samarbejdet med dig!
Opslagstidspunkt: 29. marts 2023