Однією з найважливіших властивостей оптичного модулятора є його швидкість модуляції або пропускна здатність, яка має бути принаймні такою ж швидкою, як і доступна електроніка. Транзистори з частотою проходження значно вище 100 ГГц вже були продемонстровані в кремнієвій технології 90 нм, і швидкість буде ще більше зростати, оскільки мінімальний розмір елемента буде зменшено [1]. Однак пропускна здатність сучасних модуляторів на основі кремнію обмежена. Кремній не має χ(2)-нелінійності через його центро-симетричну кристалічну структуру. Використання напруженого кремнію вже привело до цікавих результатів [2], але нелінійності ще не дозволяють використовувати практичні пристрої. Таким чином, сучасні кремнієві фотонні модулятори все ще покладаються на дисперсію вільних носіїв заряду в pn або pin-переходах [3–5]. Було показано, що прямі зміщені переходи демонструють такий низький добуток напруги на довжину, як 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 напруження електричного сигналу [4]. Використовуючи натомість контакти зі зворотним зміщенням, смугу пропускання було збільшено приблизно до 30 ГГц [5,6], але добуток довжини напруги зріс до VπL = 40 В мм. На жаль, такі модулятори фази плазмового ефекту також створюють небажану модуляцію інтенсивності [7], і вони нелінійно реагують на прикладену напругу. Просунуті формати модуляції, такі як QAM, вимагають, однак, лінійного відгуку та чистої фазової модуляції, що робить використання електрооптичного ефекту (ефект Поккельса [8]) особливо бажаним.
2. Підхід SOH
Нещодавно було запропоновано кремнійорганічний гібридний (SOH) підхід [9–12]. Приклад модулятора SOH показаний на рис. 1(a). Він складається з щілинного хвилеводу, що направляє оптичне поле, і двох кремнієвих смужок, які електрично з’єднують оптичний хвилевід із металевими електродами. Електроди розташовані за межами оптичного модального поля, щоб уникнути оптичних втрат [13], рис. 1(b). Пристрій покритий електрооптичним органічним матеріалом, який рівномірно заповнює отвір. Модулююча напруга передається металевим електричним хвилеводом і падає через слот завдяки провідним кремнієвим смугам. Результуюче електричне поле змінює показник заломлення в щілині завдяки надшвидкому електрооптичному ефекту. Оскільки щілина має ширину порядку 100 нм, кількох вольт достатньо для створення дуже сильних модулюючих полів, які мають порядок величини діелектричної міцності більшості матеріалів. Структура має високу ефективність модуляції, оскільки і модулююче, і оптичне поля зосереджені всередині щілини, рис. 1(b) [14]. Дійсно, вже було показано перші реалізації модуляторів SOH із субвольтною роботою [11], а також продемонстровано синусоїдну модуляцію до 40 ГГц [15,16]. Однак складність створення низьковольтних високошвидкісних модуляторів SOH полягає у створенні високопровідної з’єднувальної стрічки. В еквівалентній схемі слот може бути представлений конденсатором C, а провідні смужки — резисторами R, рис. 1(b). Відповідна постійна часу RC визначає пропускну здатність пристрою [10,14,17,18]. Щоб зменшити опір R, було запропоновано легувати кремнієві стрічки [10,14]. У той час як легування збільшує провідність кремнієвих смужок (і, отже, збільшує оптичні втрати), ви платите додаткові втрати, оскільки рухливість електронів погіршується розсіюванням домішок [10,14,19]. Крім того, останні спроби виготовлення показали несподівано низьку провідність.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., розташована в «Кремнієвій долині» Китаю – Beijing Zhongguancun, є високотехнологічним підприємством, яке обслуговує вітчизняні та іноземні дослідницькі установи, науково-дослідні інститути, університети та науково-дослідний персонал підприємства. Наша компанія в основному займається незалежними дослідженнями та розробками, проектуванням, виробництвом і продажем оптоелектронних виробів, а також надає інноваційні рішення та професійні персоналізовані послуги для наукових дослідників та промислових інженерів. Після багатьох років незалежних інновацій компанія сформувала багату та досконалу серію фотоелектричних продуктів, які широко використовуються в муніципальній, військовій, транспортній, електроенергетиці, фінансах, освіті, медицині та інших галузях.
Будемо раді співпраці з вами!
Час публікації: 29 березня 2023 р