Una de las propiedades más importantes de un modulador óptico es su velocidad de modulación o ancho de banda, que debería ser al menos tan rápido como la electrónica disponible. Los transistores que tienen frecuencias de tránsito muy por encima de 100 GHz ya se han demostrado en la tecnología de silicio de 90 nm, y la velocidad aumentará aún más a medida que se reduzca el tamaño mínimo de la característica [1]. Sin embargo, el ancho de banda de los moduladores basados en silicio actuales es limitado. Silicon no posee una χ (2) -nonlineity debido a su estructura cristalina centroimétrica. El uso de silicio tenso ya ha llevado a resultados interesantes [2], pero las no linealidades aún no permiten dispositivos prácticos. Por lo tanto, los moduladores fotónicos de silicio de última generación dependen de la dispersión de portadores libres en las uniones PN o PIN [3–5]. Se ha demostrado que las uniones sesgadas hacia adelante exhiben un producto de longitud de voltaje tan bajo como vπl = 0.36 v mm, pero la velocidad de modulación está limitada por la dinámica de los portadores minoritarios. Aún así, se han generado velocidades de datos de 10 Gbit/s con la ayuda de un pre-énfasis de la señal eléctrica [4]. Usando uniones sesgadas inversas en su lugar, el ancho de banda se ha incrementado a aproximadamente 30 GHz [5,6], pero el producto VoltaGelgentil aumentó a Vπl = 40 V mm. Desafortunadamente, tales moduladores de fase de efecto plasmático también producen modulación de intensidad no deseada [7], y responden de manera no lineal al voltaje aplicado. Los formatos de modulación avanzados como QAM requieren, sin embargo, una respuesta lineal y una modulación de fase pura, lo que hace que la explotación del efecto electroóptico (efecto de los bolsillos [8]) sea particularmente deseable.
2. Enfoque SOH
Recientemente, se ha sugerido el enfoque híbrido orgánico de silicio (SOH) [9-12]. Un ejemplo de un modulador SOH se muestra en la Fig. 1 (a). Consiste en una guía de onda de ranura que guía el campo óptico y dos tiras de silicio que conectan eléctricamente la guía de onda óptica a los electrodos metálicos. Los electrodos se encuentran fuera del campo modal óptico para evitar pérdidas ópticas [13], Fig. 1 (b). El dispositivo está recubierto con un material orgánico electroóptico que llena uniformemente la ranura. El voltaje de modulación es transportado por la guía de onda eléctrica metálica y cae a través de la ranura gracias a las tiras de silicio conductivas. El campo eléctrico resultante cambia el índice de refracción en la ranura a través del efecto electroóptico ultra rápido. Dado que la ranura tiene un ancho en el orden de 100 nm, unos pocos voltios son suficientes para generar campos moduladores muy fuertes que están en el orden de magnitud de la resistencia dieléctrica de la mayoría de los materiales. La estructura tiene una alta eficiencia de modulación ya que tanto los campos de modulación como los ópticos se concentran dentro de la ranura, Fig. 1 (b) [14]. De hecho, ya se han demostrado las primeras implementaciones de moduladores de SOH con operación de subvoltio [11], y se demostró una modulación sinusoidal de hasta 40 GHz [15,16]. Sin embargo, el desafío en la construcción de moduladores SOH de alta velocidad de bajo voltaje es crear una tira de conexión altamente conductora. En un circuito equivalente, la ranura puede ser representada por un condensador C y las tiras conductoras por las resistencias R, Fig. 1 (b). La constante de tiempo RC correspondiente determina el ancho de banda del dispositivo [10,14,17,18]. Para disminuir la resistencia R, se ha sugerido que drogue las tiras de silicio [10,14]. Si bien el dopaje aumenta la conductividad de las tiras de silicio (y, por lo tanto, aumenta las pérdidas ópticas), uno paga una penalización de pérdida adicional porque la movilidad de los electrónicos se ve afectada por la dispersión de impurezas [10,14,19]. Además, los intentos de fabricación más recientes mostraron una conductividad inesperadamente baja.
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Tiempo de publicación: marzo-29-2023