Modulador eletro-óptico de alto desempenho: modulador de niobato de lítio de película fina

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

Um modulador eletro-óptico (modulador EOMUm modulador óptico (POM) é um dispositivo que utiliza o efeito eletro-óptico de certos cristais eletro-ópticos para converter sinais eletrônicos de alta velocidade em sinais ópticos presentes em dispositivos de comunicação. Quando o cristal eletro-óptico é submetido a um campo elétrico, seu índice de refração se altera, e as características da onda óptica do cristal também se modificam, permitindo a modulação da amplitude, fase e polarização do sinal óptico. Dessa forma, o POM converte o sinal eletrônico de alta velocidade do 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 filmes finos.modulador de niobato de lítioDentre eles, o silício não possui um coeficiente eletro-óptico direto, seu desempenho é mais geral, sendo adequado apenas para a produção de moduladores de módulos transceptores de transmissão de dados de curta distância. Já o fosfeto de índio, embora adequado para módulos transceptores de redes de comunicação óptica de média e longa distância, apresenta requisitos de processo de integração extremamente elevados, custo relativamente alto e aplicações sujeitas a certas limitações. Em contraste, o cristal de niobato de lítio não só possui um rico efeito fotoelétrico, como também apresenta um conjunto de efeitos fotorrefrativos, não lineares, eletro-ópticos, acústico-ópticos, piezoelétricos e termoelétricos. Graças à sua estrutura cristalina e à sua rica estrutura de defeitos, muitas das propriedades do niobato de lítio podem ser amplamente reguladas pela composição cristalina, dopagem de elementos, controle do estado de valência, etc. Isso resulta em um desempenho fotoelétrico superior, como um coeficiente eletro-óptico de até 30,9 pm/V, significativamente maior que o do fosfeto de índio, além de um pequeno efeito chirp (efeito chirp: refere-se ao fenômeno em que a frequência dentro do pulso varia com o tempo durante o processo de transmissão do pulso de laser. Um efeito chirp maior resulta em uma menor relação sinal-ruído e um efeito não linear), uma boa taxa de extinção (a razão entre a potência média do sinal no estado "ligado" e no estado "desligado") e excelente estabilidade do dispositivo. Além disso, o mecanismo de funcionamento do modulador de niobato de lítio em filme fino difere do mecanismo dos moduladores baseados em silício e de fosfeto de índio que utilizam métodos de modulação não linear. O niobato de lítio utiliza o efeito eletro-óptico linear para carregar o sinal modulado eletricamente na portadora óptica, e a taxa de modulação é determinada principalmente pelo desempenho do eletrodo de micro-ondas. Dessa forma, é possível alcançar maior velocidade e linearidade de modulação, bem como menor consumo de energia. Com base nisso, o niobato de lítio tornou-se uma 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 superiores a 100 quilômetros.

O niobato de lítio, como material subversivo da "revolução fotônica", embora apresente muitas vantagens em comparação com o silício e o fosfeto de índio, geralmente aparece na forma de material maciço em dispositivos. A luz fica confinada ao guia de ondas plano formado por difusão iônica ou troca de prótons, a diferença no índice de refração costuma ser relativamente pequena (cerca de 0,02) e o tamanho do dispositivo é relativamente grande. Isso dificulta atender às necessidades de miniaturização e integração.dispositivos ópticos, e sua linha de produção ainda difere da linha de processo microeletrônico real, além de apresentar o problema do alto custo, portanto, a formação de filmes finos é uma importante direção de desenvolvimento para o niobato de lítio usado em moduladores eletro-ópticos.