Uma das propriedades mais importantes de um modulador óptico é a sua velocidade de modulação ou largura de banda, que deve ser pelo menos tão rápida quanto a eletrônica disponível. Transistores com frequências de trânsito bem acima de 100 GHz já foram demonstrados na tecnologia de silício de 90 nm, e a velocidade aumentará ainda mais à medida que o tamanho mínimo do recurso for reduzido [1]. No entanto, a largura de banda dos moduladores atuais baseados em silício é limitada. O silício não possui uma não-linearidade χ(2) devido à sua estrutura cristalina centro-simétrica. O uso de silício tenso já levou a resultados interessantes [2], mas as não linearidades ainda não permitem dispositivos práticos. Os moduladores fotônicos de silício de última geração, portanto, ainda dependem da dispersão de portadores livres em junções pn ou pinos [3–5]. Foi demonstrado que junções polarizadas diretamente exibem um produto comprimento-tensão tão baixo quanto VπL = 0,36 V mm , mas a velocidade de modulação é limitada pela dinâmica das portadoras minoritárias. Ainda assim, taxas de dados de 10 Gbit/s foram geradas com a ajuda de uma pré-ênfase do sinal elétrico [4]. Usando junções polarizadas reversamente, a largura de banda foi aumentada para cerca de 30 GHz [5,6], mas o produto tensão-comprimento aumentou para VπL = 40 V mm. Infelizmente, esses moduladores de fase de efeito de plasma também produzem modulação de intensidade indesejada [7] e respondem de forma não linear à tensão aplicada. Formatos de modulação avançados como QAM requerem, no entanto, uma resposta linear e modulação de fase pura, tornando a exploração do efeito eletro-óptico (efeito Pockels [8]) particularmente desejável.
2. Abordagem SOH
Recentemente, a abordagem híbrida silício-orgânica (SOH) foi sugerida [9–12]. Um exemplo de modulador SOH é mostrado na Fig. Consiste em um guia de ondas slot que guia o campo óptico e duas tiras de silício que conectam eletricamente o guia de ondas óptico aos eletrodos metálicos. Os eletrodos estão localizados fora do campo óptico modal para evitar perdas ópticas [13], Fig. O dispositivo é revestido com um material orgânico eletro-óptico que preenche uniformemente a fenda. A tensão modulante é transportada pelo guia de ondas elétrico metálico e cai através do slot graças às tiras de silício condutoras. O campo elétrico resultante altera então o índice de refração na fenda através do efeito eletro-óptico ultrarrápido. Como a ranhura tem largura da ordem de 100 nm, alguns volts são suficientes para gerar campos modulantes muito fortes, da ordem de grandeza da rigidez dielétrica da maioria dos materiais. A estrutura possui alta eficiência de modulação, uma vez que tanto o campo modulante quanto o campo óptico estão concentrados dentro do slot, Fig. 1(b) [14]. De fato, as primeiras implementações de moduladores SOH com operação em subvolt [11] já foram mostradas, e a modulação senoidal até 40 GHz foi demonstrada [15,16]. No entanto, o desafio na construção de moduladores SOH de baixa tensão e alta velocidade é criar uma faixa de conexão altamente condutiva. Num circuito equivalente a ranhura pode ser representada por um capacitor C e as tiras condutoras por resistores R, Fig. 1(b). A constante de tempo RC correspondente determina a largura de banda do dispositivo [10,14,17,18]. Para diminuir a resistência R, foi sugerido dopar as tiras de silício [10,14]. Embora a dopagem aumente a condutividade das tiras de silício (e, portanto, aumente as perdas ópticas), paga-se uma penalidade de perda adicional porque a mobilidade dos elétrons é prejudicada pelo espalhamento de impurezas [10,14,19]. Além disso, as tentativas de fabricação mais recentes mostraram uma condutividade inesperadamente baixa.
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Horário da postagem: 29 de março de 2023