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 onda tipo slot que guia 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 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