Uma das propriedades mais importantes de um modulador óptico é sua velocidade de modulação ou largura de banda, que deve ser pelo menos tão rápido quanto os eletrônicos disponíveis. Os transistores com frequências de trânsito bem acima de 100 GHz já foram demonstrados em tecnologia de silício de 90 nm, e a velocidade aumentará ainda mais à medida que o tamanho mínimo do recurso é reduzido [1]. No entanto, a largura de banda dos atuais moduladores baseados em silício é limitada. O silício não possui uma χ (2) -nonlinearidade 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 da transportadora livre em junções de PN ou pinos [3–5]. Demonstrou-se que os junções tendenciosas a frente exibem um produto de comprimento de tensão tão baixo quanto Vπl = 0,36 V mm, mas a velocidade de modulação é limitada pela dinâmica dos portadores minoritários. Ainda assim, as taxas de dados de 10 Gbit/s foram geradas com a ajuda de uma ênfase do sinal elétrico [4]. Utilizando junções tendenciosas reversas, a largura de banda foi aumentada para cerca de 30 GHz [5,6], mas o produto do comprimento de voltagem aumentou para Vπl = 40 V mm. Infelizmente, esses moduladores de fase de efeito plasmático também produzem modulação indesejada de intensidade [7] e respondem não -linearmente à tensão aplicada. Os formatos avançados de modulação como o QAM exigem, no entanto, uma resposta linear e modulação de fase pura, tornando a exploração do efeito eletro-óptico (efeito de pockels [8]) particularmente desejável.
2. Soh abordagem
Recentemente, a abordagem híbrida orgânica de silício (SOH) foi sugerida [9–12]. Um exemplo de um modulador SOH é mostrado na Fig. 1 (a). Consiste em um guia de ondas de slot orientando o campo óptico e duas tiras de silício que conectam eletricamente o guia de onda óptico aos eletrodos metálicos. Os eletrodos estão localizados fora do campo modal óptico para evitar perdas ópticas [13], Fig. 1 (b). O dispositivo é revestido com um material orgânico eletro-óptico que preenche uniformemente o slot. A tensão de modulação é transportada pelo guia de onda elétrica metálica e cai no slot graças às tiras condutivas de silício. O campo elétrico resultante altera o índice de refração no slot através do efeito eletro-óptico ultra-rápido. Como o slot tem uma largura na ordem de 100 nm, alguns volts são suficientes para gerar campos de modulação muito fortes que estão na ordem de magnitude da força dielétrica da maioria dos materiais. A estrutura tem uma alta eficiência de modulação, pois os campos de modulação e óptica estão concentrados dentro do slot, Fig. 1 (b) [14]. De fato, já foram mostradas as primeiras implementações dos moduladores SOH com operação de sub-volts [11] e a modulação sinusoidal de até 40 GHz foi demonstrada [15,16]. No entanto, o desafio na construção de moduladores SOH de alta velocidade de baixa tensão é criar uma faixa de conexão altamente condutiva. Em um circuito equivalente, o slot pode ser representado por um capacitor C e as tiras condutoras pelos 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 que as tiras de silício [10,14]. Enquanto o doping aumenta a condutividade das tiras de silício (e, portanto, aumenta as perdas ópticas), uma paga uma penalidade de perda adicional porque a mobilidade dos elétrons é prejudicada pela dispersão da impureza [10,14,19]. Além disso, as tentativas de fabricação mais recentes mostraram uma condutividade inesperadamente baixa.
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Hora de postagem: 29-2023 de março