Вищий інтегрований тонкий плівковий літієвий ніобат електроооптичний модулятор

Висока лінійністьЕлектрооптичний модуляторта застосування мікрохвильового фотона
Зі збільшенням вимог до систем зв'язку, щоб подальше підвищити ефективність передачі сигналів, люди зливають фотони та електрони для досягнення додаткових переваг, і народиться мікрохвильова фотоніка. Електроптичний модулятор необхідний для перетворення електроенергії на освітМікрохвильові фотонні системи, і цей ключовий крок зазвичай визначає продуктивність усієї системи. Оскільки перетворення радіочастотного сигналу до оптичного домену є аналоговим сигнальним процесом і звичайнимЕлектрооптичні модуляторимають притаманну нелінійність, в процесі перетворення виникає серйозне спотворення сигналу. Для досягнення орієнтовної лінійної модуляції робоча точка модулятора зазвичай фіксується в ортогональній точці зміщення, але він все ще не може відповідати вимогам мікрохвильового фотонного зв’язку для лінійності модулятора. Електрооптичні модулятори з високою лінійністю необхідні терміново.

Швидкісний показник заломлення модуляції кремнієвих матеріалів зазвичай досягається ефектом вільного носія плазмового дисперсії (FCD). І ефект FCD, і модуляція стику PN нелінійні, що робить модулятор кремнію менш лінійним, ніж літієвий ніобатний модулятор. Літієві ніобатні матеріали демонструють відмінноЕлектроптична модуляціяВластивості завдяки їх ефекту шматочка. У той же час, літієвий ніобатний матеріал має переваги великої пропускної здатності, хороших характеристик модуляції, низької втрати, легкої інтеграції та сумісності з напівпровідниковим процесом, використання тонкого плівкового літію ніобату, щоб зробити високоефективну електро-оптичну модулятор, порівняно з силіконом майже "короткою тарілкою", але також для досягнення високої лінійності. Тонкий плівковий літієвий ніобат (LNOI) електроооптичний модулятор на ізоляторі став перспективним напрямком розвитку. Завдяки розробці технології підготовки тонких плівок літію Ніобат-матеріалу та технології травлення хвилеводу, висока ефективність перетворення та більш висока інтеграція тонкої плівки літієвого ніобатного електрооптичного модулятора стали сферою міжнародних академій та промисловості.

Характеристики тонкої плівки літію ніобату
У плануванні DAP AR в Сполучених Штатах здійснило наступну оцінку літієвих ніобатних матеріалів: Якщо центр електронної революції названий на честь кремнієвого матеріалу, який робить його можливим, то батьківщина революції фотоніки, ймовірно, буде названа від літієвого ніобату. Це пояснюється тим, що літієвий ніобат інтегрує електрооптичний ефект, акустоптичний ефект, п'єзоелектричний ефект, термоелектричний ефект та фоторефракійний ефект в одному, як і кремній матеріали в галузі оптики.

З точки зору характеристик оптичної передачі, матеріал INP має найбільшу втрати передачі на мікросхемі через поглинання світла в загальній використаній смузі 1550 нм. NITRIDE SIO2 та кремнію мають найкращі характеристики передачі, а втрата може досягти рівня ~ 0,01 дБ/см; В даний час втрата хвилеводу тонкого фільму літієвого ніобатного хвилеводу може досягти рівня 0,03 дБ/см, а втрата хвилеводу з тонкофільмами літію має потенціал, який слід зменшити при безперервному поліпшенні технологічного рівня в майбутньому. Тому тонкий плівковий літієвий ніобатний матеріал покаже хорошу продуктивність для пасивних світлових структур, таких як фотосинтетичний шлях, шунт та мікроорінг.

З точки зору генерації світла, лише INP має можливість випромінювати світло безпосередньо; Тому для застосування мікрохвильових фотонів необхідно запровадити джерело світла на основі INP на фотонному інтегрованому мікросхемі на основі LNOI шляхом зворотного зварювання або епітаксіального зростання. З точки зору модуляції світла, наголошувалося вище, що тонкий плівковий літієвий ніобатний матеріал простіше досягти більшої пропускної здатності модуляції, нижньої напівхвильової напруги та зниження втрати передачі, ніж INP та SI. Більше того, висока лінійність електрооптичної модуляції тонких плівок літієвих ніобатних матеріалів є важливим для всіх мікрохвильових фотонів.

З точки зору оптичної маршрутизації, високошвидкісна електрооптична реакція тонкої плівки літієвого ніобатного матеріалу робить оптичний перемикач на основі LNOI, здатний до швидкісного перемикання оптичної маршрутизації, а споживання потужності такого швидкісного перемикання також дуже низьке. Для типового застосування інтегрованої мікрохвильової фотонної технології оптично контрольована чіпа формування променя має здатність високошвидкісного комутації для задоволення потреб швидкого сканування променя, а характеристики споживання ультра-низького потужності добре адаптуються до суворих потреб масштабної системи фазованого масиву. Незважаючи на те, що оптичний перемикач на основі INP також може усвідомити швидкісний оптичний перемикач шляху, він вводить великий шум, особливо коли багаторівневий оптичний перемикач буде каскадним, коефіцієнт шуму буде серйозно погіршено. Матеріали кремнію, SIO2 та кремнію можуть перемикати лише оптичні шляхи через термооптичний ефект або ефект дисперсії носія, що має недоліки високого споживання електроенергії та повільної швидкості перемикання. Коли розмір масиву поетапного масиву великий, він не може відповідати вимогам споживання електроенергії.

З точки зору оптичного посилення,напівпровідниковий оптичний підсилювач (Соа) на основі INP було зрілим для комерційного використання, але він має недоліки високого коефіцієнта шуму та низької вихідної потужності насичення, що не сприяє застосуванню мікрохвильових фотонів. Процес параметричного ампліфікації тонкого фільму літієвого ніобатного хвилеводу на основі періодичної активації та інверсії може досягти низького шуму та високої потужності оптичної ампліфікації на мікросхемі, що цілком може відповідати вимогам інтегрованої мікрохвильової технології фотонів для оптичної ампліфікації на чіп.

З точки зору виявлення світла, тонка плівкова літієва ніобат має хороші характеристики передачі для світла в 1550 нм діапазону. Функція фотоелектричної конверсії не може бути реалізована, тому для мікрохвильових фотонів, щоб задовольнити потреби фотоелектричного перетворення на мікросхемі. Підрозділи виявлення InGAA або GE-SI потрібно вводити на фотонні мікросхеми на основі LNOI шляхом зворотного завантаження зварювання або епітаксіального зростання. Що стосується з'єднання з оптичним волокном, оскільки сама оптична волокна є матеріалом SIO2, поле режиму хвилеводу SiO2 має найвищий ступінь відповідності з полем режиму оптичного волокна, а з'єднання є найбільш зручним. Діаметр поля режиму сильно обмеженого хвилеводу тонкої плівки літієвого ніобату становить приблизно 1 мкм, що сильно відрізняється від поля режиму оптичного волокна, тому необхідно здійснити правильне перетворення плямистого режиму, щоб відповідати поля режиму оптичного волокна.

З точки зору інтеграції, чи різні матеріали мають високий потенціал інтеграції, головним чином залежить від радіусу згинання хвилеводу (впливає на обмеження поля режиму хвилеводу). Сильно обмежений хвилевод дозволяє менший радіус згинання, що сприяє реалізації високої інтеграції. Отже, тонкофільмові літієві ніобатні хвилеводи мають потенціал для досягнення високої інтеграції. Тому поява тонкої плівки літію Ніобату дає можливість літієвим ніобатом матеріалу дійсно відігравати роль оптичного «кремнію». Для застосування мікрохвильових фотонів переваги тонкої плівки літію Ніобату є більш очевидними.