Højere integreret tyndfilm Lithium Niobate Electro-Optic Modulator

Høj linearitetElektrooptisk modulatorog mikrobølgefotonapplikation
Med de stigende krav til kommunikationssystemer, for at forbedre transmissionseffektiviteten af ​​signaler, vil folk smelte sammen fotoner og elektroner for at opnå komplementære fordele, og mikrobølgefotonik vil blive født. Den elektro-optiske modulator er nødvendig for omdannelse af elektricitet til lys iMikrobølgefotoniske systemer, og dette centrale trin bestemmer normalt ydelsen af ​​hele systemet. Da konvertering af radiofrekvenssignal til optisk domæne er en analog signalproces og almindeligElektrooptiske modulatorerHar iboende ikke -linearitet, der er alvorlig signalforvrængning i konverteringsprocessen. For at opnå omtrentlig lineær modulation er modulatorens driftspunkt normalt fastgjort ved det ortogonale biaspunkt, men det kan stadig ikke opfylde kravene i mikrobølgefotonforbindelsen til lineariteten af ​​modulatoren. Elektrooptiske modulatorer med høj linearitet er presserende nødvendigt.

Den højhastigheds-brydningsindeksmodulering af siliciummaterialer opnås normalt af den frie bærerplasmaspersion (FCD) -effekt. Både FCD -effekten og PN -forbindelsesmodulering er ikke -lineær, hvilket gør Silicon -modulatoren mindre lineær end Lithium Niobate -modulatoren. Lithium niobatmaterialer udviser fremragendeElektro-optisk modulationegenskaber på grund af deres puckereffekt. På samme tid har lithium niobatmateriale fordelene ved stor båndbredde, gode moduleringsegenskaber, lavt tab, let integration og kompatibilitet med halvlederprocessen, brugen af ​​tynd film lithium niobat for at gøre højprestanselektro-optisk modulator sammenlignet med silicium næsten ingen "kort plade", også for at opnå høj linearitet. Tynd film Lithium Niobate (LNOI) elektrooptisk modulator på isolator er blevet en lovende udviklingsretning. Med udviklingen af ​​tynd film Lithium Niobate Material Preparation Technology og Waveguide ætsningsteknologi er den høje konverteringseffektivitet og højere integration af tynd film Lithium Niobate Electro-Optic Modulator blevet området for international akademi og industri.

Karakteristika ved tynd film lithium niobate
I USA har DAP AR -planlægning foretaget følgende evaluering af lithium niobatmaterialer: Hvis centrum for den elektroniske revolution er opkaldt efter siliciummaterialet, der gør det muligt, vil fødestedet for fotonikrevolutionen sandsynligvis blive opkaldt efter Lithium Niobate. Dette skyldes, at lithium niobat integrerer elektro-optisk effekt, akusto-optisk effekt, piezoelektrisk effekt, termoelektrisk effekt og fotorefraktiv effekt i en, ligesom siliciummaterialer inden for optikområdet.

Med hensyn til optiske transmissionskarakteristika har INP-materiale det største tab på chip-transmission på grund af absorptionen af ​​lys i det almindeligt anvendte 1550NM-bånd. SiO2 og siliciumnitrid har de bedste transmissionskarakteristika, og tabet kan nå niveauet på ~ 0,01dB/cm; På nuværende tidspunkt kan bølgelederetab af tyndfilm lithium niobatbølgeleder nå niveauet på 0,03dB/cm, og tabet af tyndfilm lithium niobate bølgeleder har potentialet til at blive yderligere reduceret med den kontinuerlige forbedring af det teknologiske niveau i fremtiden. Derfor viser det tynde film Lithium Niobate -materiale god ydelse for passive lysstrukturer såsom fotosyntetisk sti, shunt og mikrorering.

Med hensyn til let generation har kun INP evnen til at udsende lys direkte; Derfor er det til anvendelse af mikrobølgefotoner nødvendigt at introducere den INP -baserede lyskilde på den LNOI -baserede fotoniske integrerede chip ved hjælp af bagerste svejsning eller epitaksial vækst. Med hensyn til lysmodulation er det blevet fremhævet ovenfor, at lithium-niobatmateriale i tynd film er lettere at opnå større moduleringsbåndbredde, nedre halvbølgespænding og lavere transmissionstab end INP og SI. Desuden er den høje linearitet af elektrooptisk modulering af tyndfilm lithium niobatmaterialer vigtig for alle mikrobølgefotonapplikationer.

Med hensyn til optisk routing gør den højhastigheds elektro-optiske respons af tynd film lithium niobatmateriale den LNOI-baserede optiske switch, der er i stand til højhastighedsoptisk routingskontakt, og strømforbruget af sådan højhastighedsskift er også meget lavt. Til den typiske anvendelse af integreret mikrobølgefoton-teknologi har den optisk kontrollerede stråleformeringschip evnen til højhastighedsskift til at imødekomme behovene i hurtigstrålescanning, og egenskaberne ved ultra-lavt strømforbrug er godt tilpasset de strenge krav til storskala-faset array-system. Selvom den INP-baserede optiske switch også kan realisere højhastighedsoptisk sti-switching, vil den introducere stor støj, især når den optiske switch på flere niveauer er kaskaderet, vil støjkoefficienten blive alvorligt forringet. Silicium-, SiO2- og siliciumnitridmaterialer kan kun skifte optiske stier gennem den termo-optiske effekt eller bærerdispersionseffekt, som har ulemperne ved højt effektforbrug og langsom skifthastighed. Når arraystørrelsen af ​​den fasede matrix er stor, kan den ikke opfylde kravene til strømforbrug.

Med hensyn til optisk forstærkning,halvleder optisk forstærker (SOA) Baseret på INP har været moden til kommerciel brug, men det har ulemperne ved høj støjkoefficient og lav mætning udgangseffekt, hvilket ikke er befordrende for anvendelsen af ​​mikrobølgefotoner. Den parametriske amplifikationsproces for tyndfilm lithium niobat bølgeleder baseret på periodisk aktivering og inversion kan opnå lav støj og optisk forstærkning med høj effekt, som godt kan opfylde kravene til integreret mikrobølgefoton-teknologi til on-chip optisk amplifikation.

Med hensyn til lysdetektion har den tynde film Lithium Niobate gode transmissionskarakteristika til lys i 1550 nm bånd. Funktionen af ​​fotoelektrisk konvertering kan ikke realiseres, så for mikrobølgeovn -fotonapplikationer for at imødekomme behovene ved fotoelektrisk konvertering på chippen. INGAAS- eller GE-SI-detektionsenheder skal introduceres på LNOI-baserede fotoniske integrerede chips ved backloading-svejsning eller epitaksial vækst. Med hensyn til kobling med optisk fiber, fordi den optiske fiber i sig selv er SiO2 -materiale, har tilstandsfeltet for SiO2 -bølgeleder den højeste matchende grad med tilstandsfeltet for optisk fiber, og koblingen er det mest praktiske. Feltfeltdiameteren for den stærkt begrænsede bølgeleder af tynd film lithium niobat er ca. 1μm, hvilket er meget forskelligt fra det tilstandsfelt for optisk fiber, så korrekt tilstand spottransformation skal udføres for at matche tilstandsfeltet for optisk fiber.

Med hensyn til integration, om forskellige materialer har et højt integrationspotentiale, afhænger hovedsageligt af bøjningsradius for bølgelederen (påvirket af begrænsningen af ​​bølgelederfeltet). Den stærkt begrænsede bølgeleder tillader en mindre bøjningsradius, hvilket er mere befordrende for realiseringen af ​​høj integration. Derfor har tyndfilm lithium niobate bølgeledere potentialet til at opnå høj integration. Derfor gør udseendet af tynd film Lithium Niobate det muligt for lithium niobatmateriale at virkelig spille rollen som optisk "silicium". Til anvendelse af mikrobølgefotoner er fordelene ved tynd film lithium niobate mere åbenlyse.