Однією з найважливіших властивостей оптичного модулятора є його швидкість модуляції або смуга пропускання, яка повинна бути принаймні такою ж швидкою, як і у доступної електроніки. Транзистори з частотами проходження значно вище 100 ГГц вже були продемонстровані в 90 нм кремнієвій технології, і швидкість ще більше зростатиме зі зменшенням мінімального розміру елемента [1]. Однак смуга пропускання сучасних кремнієвих модуляторів обмежена. Кремній не має χ(2)-нелінійності через свою центросиметричну кристалічну структуру. Використання напруженого кремнію вже призвело до цікавих результатів [2], але нелінійності ще не дозволяють створювати практичні пристрої. Тому сучасні кремнієві фотонні модулятори все ще спираються на дисперсію вільних носіїв у pn або pin переходах [3–5]. Показано, що переходи з прямим зміщенням демонструють добуток напруги на довжину до VπL = 0,36 В мм, але швидкість модуляції обмежена динамікою неосновних носіїв. Тим не менш, швидкість передачі даних 10 Гбіт/с була згенерована за допомогою попереднього підкреслення електричного сигналу [4]. Використовуючи зворотно зміщені переходи, пропускна здатність була збільшена приблизно до 30 ГГц [5,6], але добуток напруги на довжину зріс до VπL = 40 В/мм. На жаль, такі фазові модулятори на основі плазмового ефекту також створюють небажану модуляцію інтенсивності [7] і нелінійно реагують на прикладену напругу. Однак, такі вдосконалені формати модуляції, як QAM, вимагають лінійної характеристики та чистої фазової модуляції, що робить використання електрооптичного ефекту (ефект Поккельса [8]) особливо бажаним.
2. Підхід SOH
Нещодавно було запропоновано кремній-органічний гібридний (SOH) підхід [9–12]. Приклад SOH-модулятора показано на рис. 1(a). Він складається з щілинного хвилеводу, що спрямовує оптичне поле, та двох кремнієвих смужок, які електрично з'єднують оптичний хвилевід з металевими електродами. Електроди розташовані поза оптичним модальним полем, щоб уникнути оптичних втрат [13], рис. 1(b). Пристрій покритий електрооптичним органічним матеріалом, який рівномірно заповнює щілину. Модулююча напруга передається металевим електричним хвилеводом і спадає поперек щілини завдяки провідним кремнієвим смужкам. Результуюче електричне поле потім змінює показник заломлення в щілині завдяки надшвидкому електрооптичному ефекту. Оскільки щілина має ширину близько 100 нм, кількох вольт достатньо для генерації дуже сильних модулюючих полів, які мають порядок величини діелектричної міцності більшості матеріалів. Структура має високу ефективність модуляції, оскільки як модулююче, так і оптичне поля зосереджені всередині щілини, рис. 1(b) [14]. Дійсно, перші реалізації модуляторів SOH з роботою в субвольтовому діапазоні [11] вже були показані, а також була продемонстрована синусоїдальна модуляція до 40 ГГц [15,16]. Однак, складність створення низьковольтних високошвидкісних модуляторів SOH полягає у створенні високопровідної з'єднувальної смуги. В еквівалентній схемі щілина може бути представлена конденсатором C, а провідні смуги - резисторами R, рис. 1(b). Відповідна постійна часу RC визначає смугу пропускання пристрою [10,14,17,18]. Щоб зменшити опір R, було запропоновано легувати кремнієві смуги [10,14]. Хоча легування збільшує провідність кремнієвих смуг (і, отже, збільшує оптичні втрати), це призводить до додаткових втрат, оскільки рухливість електронів погіршується розсіюванням на домішках [10,14,19]. Більше того, останні спроби виготовлення показали несподівано низьку провідність.
Компанія Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., розташована в китайській «Кремнієвій долині» – Пекін Чжунгуаньцунь, – це високотехнологічне підприємство, що спеціалізується на обслуговуванні вітчизняних та іноземних дослідницьких установ, інститутів, університетів та науково-дослідного персоналу підприємств. Наша компанія в основному займається незалежними дослідженнями та розробками, проектуванням, виробництвом, продажем оптоелектронної продукції, а також надає інноваційні рішення та професійні, персоналізовані послуги науковцям-дослідникам та промисловим інженерам. Після років незалежних інновацій вона створила багату та досконалу серію фотоелектричних продуктів, які широко використовуються в муніципальній, військовій, транспортній, електроенергетичній, фінансовій, освітній, медичній та інших галузях промисловості.
Ми з нетерпінням чекаємо на співпрацю з вами!
Час публікації: 29 березня 2023 р.