Una de las propiedades más importantes de un modulador óptico es su velocidad de modulación o ancho de banda, que debe ser al menos tan rápido como la electrónica disponible.Ya se han demostrado transistores con frecuencias de tránsito muy superiores a 100 GHz en 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 actuales basados en silicio es limitado.El silicio no posee una no linealidad χ (2) debido a su estructura cristalina centrosimétrica.El uso de silicio deformado ya ha dado resultados interesantes [2], pero las no linealidades aún no permiten dispositivos prácticos.Por lo tanto, los moduladores fotónicos de silicio más modernos todavía dependen de la dispersión de portadores libres en uniones pn o pin [3-5].Se ha demostrado que las uniones con polarización directa exhiben un producto voltaje-longitud tan bajo como VπL = 0,36 V mm, pero la velocidad de modulación está limitada por la dinámica de las portadoras minoritarias.Aún así, se han generado velocidades de datos de 10 Gbit/s con ayuda de una preacentuación de la señal eléctrica [4].En su lugar, utilizando uniones con polarización inversa, el ancho de banda se incrementó a aproximadamente 30 GHz [5,6], pero el producto voltaje-longitud aumentó a VπL = 40 V mm.Desafortunadamente, estos moduladores de fase de efecto plasma también producen una modulación de intensidad no deseada [7] y responden de forma no lineal al voltaje aplicado.Sin embargo, los formatos de modulación avanzados como QAM requieren una respuesta lineal y una modulación de fase pura, lo que hace que la explotación del efecto electroóptico (efecto Pockels [8]) sea particularmente deseable.
2. Enfoque SOH
Recientemente, se ha sugerido el enfoque híbrido silicio-orgánico (SOH) [9-12].En la Fig. 1 (a) se muestra un ejemplo de un modulador SOH.Consiste en una guía de ondas ranurada que guía el campo óptico y dos tiras de silicio que conectan eléctricamente la guía de ondas óptica con los electrodos metálicos.Los electrodos están ubicados 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.La tensión de modulación es transportada por la guía de ondas eléctrica metálica y cae a través de la ranura gracias a las tiras de silicio conductoras.El campo eléctrico resultante cambia el índice de refracción en la ranura mediante el efecto electroóptico ultrarrápido.Dado que la ranura tiene una anchura del orden de 100 nm, unos pocos voltios son suficientes para generar campos moduladores muy intensos que están en el orden de magnitud de la rigidez dieléctrica de la mayoría de los materiales.La estructura tiene una alta eficiencia de modulación ya que tanto el campo modulador como el óptico se concentran dentro de la ranura, Fig. 1 (b) [14].De hecho, ya se han mostrado las primeras implementaciones de moduladores SOH con funcionamiento subvoltio [11] y se demostró modulación sinusoidal hasta 40 GHz [15,16].Sin embargo, el desafío en la construcción de moduladores SOH de alta velocidad y bajo voltaje es crear una regleta de conexión altamente conductora.En un circuito equivalente, la ranura puede representarse mediante un condensador C y las tiras conductoras mediante resistencias R, figura 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 dopar las tiras de silicio [10,14].Mientras que el dopaje aumenta la conductividad de las tiras de silicio (y por lo tanto aumenta las pérdidas ópticas), se paga una pérdida adicional porque la movilidad de los electrones 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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Hora de publicación: 29-mar-2023