Modulador electroóptico de alto rendimiento: modulador de niobato de litio de película delgada

Modulador electroóptico de alto rendimiento:modulador de niobato de litio de película delgada

Un modulador electroóptico (modulador EOMUn modulador electroóptico (MEG) es un dispositivo que utiliza el efecto electroóptico de ciertos cristales electroópticos, capaz de convertir señales electrónicas de alta velocidad en señales ópticas. Al aplicar un campo eléctrico al cristal electroóptico, su índice de refracción cambia, modificando así sus características de onda óptica. De esta manera, se modula la amplitud, la fase y el estado de polarización de la señal óptica, convirtiendo la señal electrónica de alta velocidad del dispositivo de comunicación en una señal óptica mediante modulación.

En la actualidad, existen tres tipos principales demoduladores electroópticosEn el mercado: moduladores basados ​​en silicio, moduladores de fosfuro de indio y películas delgadas.modulador de niobato de litioEntre ellos, el silicio no tiene un coeficiente electroóptico directo, su rendimiento es más general y solo es adecuado para la producción de moduladores de módulos transceptores de transmisión de datos de corta distancia; el fosfuro de indio, aunque es adecuado para módulos transceptores de redes de comunicación óptica de media y larga distancia, tiene requisitos de proceso de integración extremadamente altos, un costo relativamente elevado y su aplicación está sujeta a ciertas limitaciones. En contraste, el cristal de niobato de litio no solo es rico en efectos fotoeléctricos, sino que además presenta efectos fotorrefractivos, no lineales, electroópticos, acústico-ópticos, piezoeléctricos y termoeléctricos equivalentes. Gracias a su estructura cristalina y a la abundancia de defectos, muchas de sus propiedades pueden regularse mediante la composición del cristal, el dopaje con elementos, el control del estado de valencia, etc. Esto le permite alcanzar un rendimiento fotoeléctrico superior, como un coeficiente electroóptico de hasta 30,9 pm/V, significativamente mayor que el del fosfuro de indio. Además, presenta un bajo efecto chirp (la variación de la frecuencia del pulso durante la transmisión del pulso láser, que reduce la relación señal/ruido y aumenta la no linealidad), una buena relación de extinción (la relación de potencia promedio entre el estado "encendido" y el estado "apagado") y una excelente estabilidad del dispositivo. Además, el mecanismo de funcionamiento del modulador de niobato de litio de película delgada difiere del de los moduladores basados ​​en silicio y fosfuro de indio que emplean métodos de modulación no lineal. Este modulador utiliza el efecto electroóptico lineal para transferir la señal modulada eléctricamente a la portadora óptica, y su velocidad de modulación depende principalmente del rendimiento del electrodo de microondas. De esta manera, se logra una mayor velocidad y linealidad de modulación, así como un menor consumo de energía. Por lo tanto, el niobato de litio se ha convertido en una opción ideal para la fabricación de moduladores electroópticos de alto rendimiento, con una amplia gama de aplicaciones en redes de comunicación óptica coherentes de 100G/400G y centros de datos de ultra alta velocidad, permitiendo alcanzar largas distancias de transmisión superiores a los 100 kilómetros.

El niobato de litio, como material revolucionario de la "revolución fotónica", si bien presenta numerosas ventajas en comparación con el silicio y el fosfuro de indio, suele utilizarse como material masivo en los dispositivos. La luz se limita a la guía de onda plana formada por difusión iónica o intercambio de protones, y la diferencia del índice de refracción suele ser relativamente pequeña (alrededor de 0,02), lo que resulta en un tamaño de dispositivo relativamente grande. Esto dificulta satisfacer las necesidades de miniaturización e integración.dispositivos ópticos, y su línea de producción aún difiere de la línea de proceso microelectrónico real, y existe un problema de alto costo, por lo que la formación de películas delgadas es una importante dirección de desarrollo para el niobato de litio utilizado en moduladores electroópticos.