Високопродуктивний електрооптичний модулятор: тонкоплівковий модулятор на основі ніобату літію

Високопродуктивний електрооптичний модулятор:тонкоплівковий модулятор ніобату літію

Електрооптичний модулятор (EOM модулятор) – це модулятор, виготовлений з використанням електрооптичного ефекту певних електрооптичних кристалів, який може перетворювати високошвидкісні електронні сигнали в пристроях зв'язку на оптичні сигнали. Коли електрооптичний кристал піддається впливу прикладеного електричного поля, показник заломлення електрооптичного кристала змінюється, а також відповідно змінюються характеристики оптичної хвилі кристала, що дозволяє реалізувати модуляцію амплітуди, фази та стану поляризації оптичного сигналу та перетворити високошвидкісний електронний сигнал у пристрої зв'язку на оптичний сигнал шляхом модуляції.

Наразі існує три основні типиелектрооптичні модуляторина ринку: модулятори на основі кремнію, модулятори на основі фосфіду індію та тонкоплівковімодулятор ніобату літіюСеред них кремній не має прямого електрооптичного коефіцієнта, його продуктивність є більш загальною, він підходить лише для виробництва модуляторів приймачів передачі даних на короткі відстані, тоді як фосфід індію, хоча й підходить для модулів приймачів оптичних мереж зв'язку середньої та великої відстані, вимоги до процесу інтеграції надзвичайно високі, вартість відносно висока, а застосування має певні обмеження. На противагу цьому, кристал ніобату літію не тільки багатий на фотоелектричний ефект, але й має фоторефракційний ефект, нелінійний ефект, електрооптичний ефект, акустичний оптичний ефект, п'єзоелектричний ефект та термоелектричний ефект, що дорівнюють одиниці, а завдяки своїй ґратчастій структурі та багатій дефектній структурі, багато властивостей ніобату літію можна значною мірою регулювати кристалічним складом, легуванням елементів, контролем валентного стану тощо. Досягає чудових фотоелектричних характеристик, таких як електрооптичний коефіцієнт до 30,9 пм/В, що значно вище, ніж у фосфіду індію, та має невеликий ефект чирпу (ефект чирпу: стосується явища, коли частота в імпульсі змінюється з часом під час процесу передачі лазерного імпульсу. Більший ефект чирпу призводить до нижчого співвідношення сигнал/шум та нелінійного ефекту), хороший коефіцієнт згасання (середнє співвідношення потужності «увімкненого» стану сигналу до його «вимкненого») та чудову стабільність пристрою. Крім того, механізм роботи тонкоплівкового модулятора на основі ніобату літію відрізняється від механізму роботи модулятора на основі кремнію та модулятора на основі фосфіду індію, що використовують методи нелінійної модуляції, в яких використовується лінійний електрооптичний ефект для завантаження електрично модульованого сигналу на оптичний носій, а швидкість модуляції головним чином визначається характеристиками мікрохвильового електрода, тому можна досягти вищої швидкості та лінійності модуляції, а також меншого енергоспоживання. Виходячи з вищезазначеного, ніобат літію став ідеальним вибором для створення високопродуктивних електрооптичних модуляторів, які мають широкий спектр застосування в когерентних оптичних комунікаційних мережах 100G/400G та надшвидкісних центрах обробки даних, і можуть досягати великих відстаней передачі понад 100 кілометрів.

Ніобат літію як підривний матеріал «фотонної революції», хоча й має багато переваг у порівнянні з кремнієм та фосфідом індію, але часто з'являється у вигляді об'ємного матеріалу в пристрої, світло обмежується плоским хвилеводом, утвореним іонною дифузією або протонним обміном, різниця показників заломлення зазвичай відносно невелика (близько 0,02), розмір пристрою відносно великий. Важко задовольнити потреби мініатюризації та інтеграції.оптичні пристрої, а його виробнича лінія все ще відрізняється від фактичної технологічної лінії мікроелектроніки, і існує проблема високої вартості, тому формування тонких плівок є важливим напрямком розвитку ніобату літію, що використовується в електрооптичних модуляторах.