Maior fino integrado de filme fino de lítio niobato eletro-óptico modulador

Alta linearidademodulador eletro-ópticoe aplicação de fótons de microondas
Com os requisitos crescentes dos sistemas de comunicação, a fim de melhorar ainda mais a eficiência da transmissão dos sinais, as pessoas fundem fótons e elétrons para alcançar vantagens complementares e nascerá fotônicas de microondas. O modulador eletro-óptico é necessário para a conversão da eletricidade para iluminarSistemas fotônicos de microondas, e essa etapa -chave geralmente determina o desempenho de todo o sistema. Como a conversão do sinal de radiofrequência em domínio óptico é um processo de sinal analógico e comumModuladores eletro-ópticosTenha não linearidade inerente, há uma distorção séria de sinal no processo de conversão. Para obter modulação linear aproximada, o ponto de operação do modulador geralmente é corrigido no ponto de viés ortogonal, mas ainda não pode atender aos requisitos do link de fótons de microondas para a linearidade do modulador. Moduladores eletro-ópticos com alta linearidade são urgentemente necessários.

A modulação do índice de refração em alta velocidade dos materiais de silício é geralmente alcançada pelo efeito de dispersão de plasma portador livre (FCD). Tanto o efeito FCD quanto a modulação da junção PN não são lineares, o que torna o modulador de silício menos linear que o modulador de niobato de lítio. Os materiais de niobato de lítio exibem excelentesmodulação eletro-ópticaPropriedades devido ao seu efeito pucker. Ao mesmo tempo, o material de niobato de lítio tem as vantagens de largura de banda grande, boas características de modulação, baixa perda, fácil integração e compatibilidade com o processo de semicondutores, o uso de niobato de lítio de filme fino para fazer o modulador eletro-óptico de alto desempenho. O modulador eletro-óptico de lítio de filme fino (LNOI) no isolador tornou-se uma direção promissora de desenvolvimento. Com o desenvolvimento da tecnologia de preparação de materiais de niobato de lítio fino e tecnologia de gravação de guia de ondas, a alta eficiência de conversão e maior integração do modulador eletro-óptico de niobato de lítio fino se tornou o campo da academia e da indústria internacional.

Características do Niobato de Lítio do Filme Fino
Nos Estados Unidos, o planejamento fez a seguinte avaliação dos materiais de niobato de lítio: se o centro da revolução eletrônica recebe o nome do material do silício que torna possível, é provável que o local de nascimento da revolução fotônica tenha o nome de niobato de lítio. Isso ocorre porque o niobato de lítio integra efeito eletro-óptico, efeito acouro-óptico, efeito piezoelétrico, efeito termoelétrico e efeito fotorrefrativo em um, assim como os materiais de silício no campo da óptica.

Em termos de características de transmissão óptica, o material da INP possui a maior perda de transmissão no chip devido à absorção de luz na banda de 1550 nm comumente usada. SiO2 e nitreto de silício têm as melhores características de transmissão, e a perda pode atingir o nível de ~ 0,01dB/cm; Atualmente, a perda de guia de ondas do guia de onda de niobato de lítio de filmo fino pode atingir o nível de 0,03dB/cm, e a perda de guia de onda de niobato de lítio de filmes finos tem o potencial de ser reduzido ainda mais com a melhoria contínua do nível tecnológico no futuro. Portanto, o material fino de niobato de lítio mostrará um bom desempenho para estruturas de luz passivas, como caminho fotossintético, derivação e microragem.

Em termos de geração de luz, apenas a INP tem a capacidade de emitir luz diretamente; Portanto, para a aplicação de fótons de microondas, é necessário introduzir a fonte de luz baseada em INP no chip integrado fotônico baseado em LNOI, pela maneira de voltar a voltar a soldagem ou crescimento epitaxial. Em termos de modulação da luz, foi enfatizado acima que o material de niobato de lítio fino é mais fácil obter largura de banda de modulação maior, menor tensão de meia onda e menor perda de transmissão do que INP e Si. Além disso, a alta linearidade da modulação eletro-óptica de materiais finos de niobato de lítio é essencial para todas as aplicações de fótons de microondas.

Em termos de roteamento óptico, a resposta eletro-óptica de alta velocidade do material de niobato de lítio fino torna o comutador óptico baseado em LNOI capaz de comutação de roteamento óptico de alta velocidade, e o consumo de energia dessa comutação de alta velocidade também é muito baixo. Para a aplicação típica da tecnologia integrada de fótons de microondas, o chip de formação de feixe controlado opticamente tem a capacidade de comutação de alta velocidade de atender às necessidades de varredura rápida de feixe, e as características do consumo de energia ultra-baixa são bem adaptadas aos requisitos rígidos do sistema de arremedes em larga escala. Embora o interruptor óptico baseado em INP também possa realizar a comutação óptica de alta velocidade, ele introduzirá um ruído grande, especialmente quando a chave óptica multinível for em cascata, o coeficiente de ruído será seriamente deteriorado. Os materiais de silício, SiO2 e nitreto de silício podem alternar apenas caminhos ópticos através do efeito termo-óptico ou do efeito de dispersão do portador, que tem as desvantagens do consumo de alta potência e da velocidade de comutação lenta. Quando o tamanho da matriz da matriz em fases é grande, ela não pode atender aos requisitos de consumo de energia.

Em termos de amplificação óptica, oamplificador óptico semicondutor (SOA) com base na INP tem sido maduro para uso comercial, mas tem as desvantagens do alto coeficiente de ruído e a potência de saída de baixa saturação, o que não é propício à aplicação de fótons de microondas. O processo de amplificação paramétrica do guia de onda de niobato de lítio de filmo fino, com base na ativação e inversão periódica, pode atingir baixo ruído e amplificação óptica de alta potência no chip, que pode atender aos requisitos da tecnologia integrada de fótons de microondas para amplificação óptica no chip.

Em termos de detecção de luz, o niobato de lítio de filme fino possui boas características de transmissão à luz na banda de 1550 nm. A função da conversão fotoelétrica não pode ser realizada; portanto, para aplicações de fótons de microondas, a fim de atender às necessidades de conversão fotoelétrica no chip. As unidades de detecção de InGAAs ou GE-Si precisam ser introduzidas em chips integrados fotônicos baseados em LNOI, backar da soldagem ou crescimento epitaxial. Em termos de acoplamento com a fibra óptica, porque a própria fibra óptica é o material SiO2, o campo de modo do guia de onda SiO2 possui o maior grau de correspondência com o campo de modo de fibra óptica e o acoplamento é o mais conveniente. O diâmetro do campo de modo do guia de ondas fortemente restrito do niobato de lítio de filme fino é de cerca de 1μm, o que é bem diferente do campo de modo de fibra óptica, portanto, a transformação do ponto de modo adequado deve ser realizado para corresponder ao campo de modo de fibra óptica.

Em termos de integração, se vários materiais têm um alto potencial de integração depende principalmente do raio de flexão do guia de ondas (afetado pela limitação do campo do modo de guia de ondas). O guia de ondas fortemente restrito permite um raio de flexão menor, que é mais propício à realização de alta integração. Portanto, os guias de onda de niobato de lítio de filme fino têm o potencial de obter alta integração. Portanto, a aparência do niobato de lítio fino permite que o material de niobato de lítio realmente desempenhe o papel de "silício" óptico. Para a aplicação de fótons de microondas, as vantagens do niobato de lítio de filme fino são mais óbvias.