Переваги та значення тонкої плівки літію Ніобату в інтегрованій мікрохвильовій фотонній технології
Мікрохвильова фотонна технологіяМає переваги великої робочої пропускної здатності, сильної здатності до паралельної обробки та низької втрати передачі, що має потенціал для порушення технічного вузького місця традиційної мікрохвильової системи та покращення продуктивності військового електронного інформаційного обладнання, такого як радіолокатор, електронна війна, зв'язок та вимірювання та контроль. Однак мікрохвильова фотонна система, заснована на дискретних пристроях, має деякі проблеми, такі як велика об'єм, велика вага та погана стабільність, які серйозно обмежують застосування мікрохвильової технології фотонів у космічних та повітряних платформах. Таким чином, інтегрована мікрохвильова фотонна технологія стає важливою підтримкою для порушення застосування мікрохвильового фотона у військовій електронній інформаційній системі та повної гри на переваги мікрохвильової технології фотонів.
В даний час технологія фотонічної інтеграції на базі SI та технологія фотонної інтеграції на основі INP стали все більш зрілими після багатьох років розвитку в галузі оптичної комунікації, і на ринок було поставлено багато продуктів. Однак для застосування мікрохвильового фотона є деякі проблеми в цих двох видах технологій інтеграції фотонів: наприклад, нелінійний електрооптичний коефіцієнт модулятора SI та модулятора INP суперечать високій лінійності та великих динамічних характеристик, що проводиться за допомогою технології мікрохвильового фотона; Наприклад, оптичний перемикач кремнію, який реалізує перемикання оптичного шляху, на основі термі-оптичного ефекту, п'єзоелектричного ефекту чи дисперсії введення носіїв, має проблеми повільного перемикання, споживання електроенергії та споживання тепла, які не можуть відповідати швидкому скануванню променя та великому масштабному масштабі Photon Photon.
Літій Ніобат завжди був першим вибором для високої швидкостіЕлектрооптична модуляціяМатеріали через його відмінний лінійний електрооптичний ефект. Однак традиційний літієвий ніобатЕлектроптичний модуляторвиготовляється з масивного кристалічного матеріалу літію ніобату, і розмір пристрою дуже великий, що не може задовольнити потреби інтегрованої технології фотонів мікрохвильової піч. Як інтегрувати літієві ніобатні матеріали з лінійним електрооптичним коефіцієнтом у інтегровану систему мікрохвильової фотонної технології стали метою відповідних дослідників. У 2018 році дослідницька група з Гарвардського університету в Сполучених Штатах вперше повідомила про технологію фотонної інтеграції на основі тонкої плівки літію Ніобату в природі, оскільки технологія має переваги високої інтеграції, великої електроптичної пропускної здатності та високої лінійності електрооптичних ефектів, колись запущена, вона безпосередньо спричинила академічну та промисловість у сфері фотонного інтеграції та мікроавонів. З точки зору застосування мікрохвильового фотона, цей документ розглядає вплив та значущість технології інтеграції фотонів, заснованої на тонкій плівковій літієвій ніобаті на розробку мікрохвильової технології фотонів.
Тонка плівка літію Ніобат -матеріал і тонка плівкаЛітієвий ніобатний модулятор
В останні два роки з'явився новий тип літієвого ніобатного матеріалу, тобто літієва ніобатна плівка відлущується від масивного літієвого ніобату кристала методом "розрізання іонів" і пов'язаний з вафером SI з кремнеземним буфером, який називається LNOI (Linbo3-on-Insulator). Ridge waveguides with a height of more than 100 nanometers can be etched on thin film lithium niobate materials by optimized dry etching process, and the effective refractive index difference of the waveguides formed can reach more than 0.8 (far higher than the refractive index difference of traditional lithium niobate waveguides of 0.02), as shown in Figure 1. The strongly restricted waveguide makes it easier to match the light field with the Поле мікрохвильової печі при проектуванні модулятора. Таким чином, вигідно досягти нижньої напівхвильової напруги та більшої пропускної здатності модуляції в коротшій довжині.
Поява низькокваліфікованого хвилеводу Niobate Niobate Submicron-хвилевода розбиває вузьке місце високої напруги руху традиційного електрооптичного модулятора літію ніобату. Відстань електрода може бути зменшена до ~ 5 мкм, а перекриття між електричним полем та полем оптичного режиму значно збільшується, а Vπ · L зменшується з більш ніж 20 В · см до менше 2,8 В · см. Тому при одній напівхвильовій напрузі довжина пристрою може бути значно зменшена порівняно з традиційним модулятором. У той же час, після оптимізації параметрів ширини, товщини та інтервалу електрода мандрівної хвилі, як показано на малюнку, модулятор може мати здатність надвисокої пропускної здатності модуляції більше 100 ГГц.
Рис.1 （A） Обчислений розподіл режиму та （B） Зображення поперечного перерізу хвилеводу LN
Рис.2 （A） структура хвилеводу та електрода та （B） ядра модулятора LN
Порівняння тонких плівкових літієвих ніобатних модуляторів з традиційними комерційними модуляторами літію ніобату, модуляторами на основі кремнію та модуляторами фосфіду Індію (INP) та іншими існуючими високошвидкісними електро-оптичними модуляторами, основні параметри порівняння включають:
(1) продукт довжини на половину хвилі (vπ · l, v · см), вимірювання ефективності модуляції модулятора, тим менше значення, тим вище ефективність модуляції;
(2) пропускна здатність модуляції 3 дБ (ГГц), яка вимірює реакцію модулятора на високочастотну модуляцію;
(3) Втрата оптичної вставки (дБ) в області модуляції. З таблиці видно, що модулятор тонкої плівки літієвого ніобату має очевидні переваги в пропускній здатності модуляції, напівхвильовій напрузі, оптичній втраті інтерполяції тощо.
Кремнію, як наріжний камінь інтегрованої оптоелектроніки, був розроблений до цього часу, процес зрілий, його мініатюризація сприяє масштабній інтеграції активних/пасивних пристроїв, а його модулятор широко і глибоко вивчається в галузі оптичного зв'язку. Електрооптичний механізм модуляції кремнію в основному є приладдям, впорскуванням носія та накопиченням носія. Серед них пропускна здатність модулятора є оптимальною за допомогою механізму виснаження лінійного ступеня, але через те, що розподіл оптичного поля перекривається з нерівномірністю області виснаження, цей ефект введе нелінійне спотворення другого порядку та спотворення інтермодуляції третього порядку, пов'язаного з поглинанням ефекту перемикання та переробки сигналу.
Модулятор INP має видатні електрооптичні ефекти, і багатошарова квантова структура свердловин може усвідомити надвисоку швидкість та низькі модулятори напруги водіння з Vπ · L до 0,156 В · мм. Однак зміна показника заломлення з електричним полем включає лінійні та нелінійні терміни, а збільшення інтенсивності електричного поля зробить ефект другого порядку. Тому кремнію та електро -оптичні модулятори INP повинні застосовувати зміщення для формування стику PN, коли вони працюють, а PN Junction принесе втрату поглинання на світло. Однак розмір модулятора цих двох невеликий, комерційний модулятор INP - 1/4 модулятора LN. Висока ефективність модуляції, що підходить для високої щільності та короткої відстані цифрових оптичних мереж передач, таких як центри обробки даних. Електрооптичний ефект літієвого ніобату не має механізму поглинання світла та низької втрати, що підходить для узгодженого на великі відстаніоптичне спілкуванняз великою ємністю та високою швидкістю. У застосуванні мікрохвильового фотона електрооптичні коефіцієнти SI та INP нелінійні, що не підходить для мікрохвильової фотонної системи, яка дотримується високої лінійності та великої динаміки. Матеріал ніобату літію дуже підходить для застосування мікрохвильового фотона через його повністю лінійний коефіцієнт електрооптичної модуляції.
Час посади: квітня-22-2024