Modulador eletro-óptico de alto desempenho: modulador de niobato de lítio de filme fino

Modulador eletro-óptico de alto desempenho:modulador de niobato de lítio de filme fino

Um modulador eletro-óptico (Modulador EOM) é um modulador fabricado utilizando o efeito eletro-óptico de certos cristais eletro-ópticos, capaz de converter sinais eletrônicos de alta velocidade em dispositivos de comunicação em sinais ópticos. Quando o cristal eletro-óptico é submetido a um campo elétrico aplicado, o índice de refração do cristal eletro-óptico muda, e as características de onda óptica do cristal também mudam consequentemente, de modo a realizar a modulação da amplitude, fase e estado de polarização do sinal óptico, convertendo o sinal eletrônico de alta velocidade no dispositivo de comunicação em um sinal óptico por meio da modulação.

Atualmente, existem três tipos principais demoduladores eletro-ópticosno mercado: moduladores à base de silício, moduladores de fosfeto de índio e moduladores de filme finomodulador de niobato de lítio. Entre eles, o silício não tem um coeficiente eletro-óptico direto, o desempenho é mais geral, adequado apenas para a produção de modulador de módulo transceptor de transmissão de dados de curta distância, fosfeto de índio, embora adequado para módulo transceptor de rede de comunicação óptica de média-longa distância, mas os requisitos do processo de integração são extremamente altos, o custo é relativamente alto, a aplicação está sujeita a certas limitações. Em contraste, o cristal de niobato de lítio não é apenas rico em efeito fotoelétrico, efeito fotorrefrativo definido, efeito não linear, efeito eletro-óptico, efeito óptico acústico, efeito piezoelétrico e efeito termoelétrico são iguais a um, e graças à sua estrutura de rede e rica estrutura de defeito, muitas propriedades do niobato de lítio podem ser amplamente reguladas pela composição do cristal, dopagem do elemento, controle do estado de valência, etc. Obtenha desempenho fotoelétrico superior, como o coeficiente eletro-óptico de até 30,9pm/V, significativamente maior do que o fosfeto de índio, e tenha um pequeno efeito chirp (efeito chirp: refere-se ao fenômeno de que a frequência dentro do pulso muda com o tempo durante o processo de transmissão do pulso do laser. Um efeito chirp maior resulta em uma menor relação sinal-ruído e um efeito não linear), uma boa relação de extinção (a relação de potência média do estado "ligado" do sinal para seu estado "desligado") e estabilidade superior do dispositivo. Além disso, o mecanismo de funcionamento do modulador de niobato de lítio de filme fino é diferente daquele do modulador à base de silício e do modulador de fosfeto de índio, que utiliza métodos de modulação não linear, que utilizam o efeito eletro-óptico linear para carregar o sinal modulado eletricamente na portadora óptica. A taxa de modulação é determinada principalmente pelo desempenho do eletrodo de micro-ondas, permitindo maior velocidade e linearidade de modulação, bem como menor consumo de energia. Com base no exposto, o niobato de lítio tornou-se a escolha ideal para a preparação de moduladores eletro-ópticos de alto desempenho, com ampla gama de aplicações em redes de comunicação óptica coerente de 100G/400G e data centers de ultra-alta velocidade, podendo atingir longas distâncias de transmissão de mais de 100 quilômetros.

O niobato de lítio, como material subversivo da "revolução dos fótons", embora tenha muitas vantagens em comparação com o silício e o fosfeto de índio, frequentemente aparece como um material a granel no dispositivo. A luz é limitada ao guia de ondas plano formado por difusão iônica ou troca de prótons. A diferença no índice de refração é geralmente relativamente pequena (cerca de 0,02) e o tamanho do dispositivo é relativamente grande. É difícil atender às necessidades de miniaturização e integração dedispositivos ópticos, e sua linha de produção ainda é diferente da linha de processo de microeletrônica real, e há um problema de alto custo, então a formação de filme fino é uma direção importante de desenvolvimento para o niobato de lítio usado em moduladores eletro-ópticos.