Alta linealidadmodulador electroópticoy aplicación de fotones de microondas
Con los requisitos crecientes de los sistemas de comunicación, para mejorar aún más la eficiencia de transmisión de las señales, las personas fusionarán fotones y electrones para lograr ventajas complementarias, y nacerán fotónicas de microondas. Se necesita el modulador electroóptico para la conversión de electricidad a luz ensistemas fotónicos de microondas, y este paso clave generalmente determina el rendimiento de todo el sistema. Dado que la conversión de la señal de radiofrecuencia a dominio óptico es un proceso de señal analógica y ordinariomoduladores electroópticostienen una no linealidad inherente, existe una distorsión de señal grave en el proceso de conversión. Para lograr una modulación lineal aproximada, el punto de operación del modulador generalmente se fija en el punto de polarización ortogonal, pero aún no puede cumplir con los requisitos del enlace de fotones de microondas para la linealidad del modulador. Se necesitan urgentemente moduladores electroópticos con alta linealidad.
La modulación del índice de refracción de alta velocidad de los materiales de silicio generalmente se logra mediante el efecto de dispersión de plasma del portador libre (FCD). Tanto el efecto FCD como la modulación de la unión PN no son lineales, lo que hace que el modulador de silicio sea menos lineal que el modulador de litio niobato. Litio Niobate Materials Exhibit Excelentemodulación electroópticaPropiedades debido a su efecto de fruncido. Al mismo tiempo, el material de niobato de litio tiene las ventajas de un gran ancho de banda, buenas características de modulación, baja pérdida, fácil integración y compatibilidad con el proceso de semiconductores, el uso de niobato de litio de película delgada para hacer un modulador electro-óptico de alto rendimiento, en comparación con el silicón casi sin "placa corta", pero también para lograr una alta linealidad. Modulador electroóptico de litio de película delgada (LNOI) El modulador electroóptico en el aislante se ha convertido en una dirección de desarrollo prometedora. Con el desarrollo de la tecnología de preparación de materiales de litio de litio delgado y la tecnología de grabado de guía de ondas, la alta eficiencia de conversión y una mayor integración del modulador electroóptico de litio de litio de película delgada se ha convertido en el campo de la academia e industria internacionales.
Características de la película delgada litio niobato
En los Estados Unidos, DAP AR Planning ha realizado la siguiente evaluación de los materiales de litio niobato: si el centro de la revolución electrónica lleva el nombre del material de silicio que lo hace posible, entonces el lugar de nacimiento de la revolución de la fotónica probablemente tendrá el nombre de litio niobate. Esto se debe a que el niobato de litio integra el efecto electroóptico, el efecto acústico-óptico, el efecto piezoeléctrico, el efecto termoeléctrico y el efecto fotorrefractivo en uno, al igual que los materiales de silicio en el campo de la óptica.
En términos de características de transmisión óptica, el material INP tiene la mayor pérdida de transmisión en chip debido a la absorción de la luz en la banda de 1550 Nm de uso común. SiO2 y el nitruro de silicio tienen las mejores características de transmisión, y la pérdida puede alcanzar el nivel de ~ 0.01dB/cm; En la actualidad, la pérdida de la guía de onda de la guía de onda de niobato de litio de película delgada puede alcanzar el nivel de 0.03dB/cm, y la pérdida de la guía de onda de niobato de litio de película delgada tiene el potencial de reducirse aún más con la mejora continua del nivel tecnológico en el futuro. Por lo tanto, el material de niobato de litio de película delgada mostrará un buen rendimiento para las estructuras de luz pasiva, como la ruta fotosintética, la derivación y la micrización.
En términos de generación de luz, solo INP tiene la capacidad de emitir luz directamente; Por lo tanto, para la aplicación de fotones de microondas, es necesario introducir la fuente de luz basada en INP en el chip integrado fotónico basado en LNOI por la forma de la soldadura o el crecimiento epitaxial. En términos de modulación de la luz, se ha enfatizado anteriormente que el material de niobato de litio de película delgada es más fácil de lograr un mayor ancho de banda de modulación, un voltaje de media onda más bajo y una pérdida de transmisión más baja que INP y SI. Además, la alta linealidad de la modulación electroóptica de los materiales de niobato de litio de película delgada es esencial para todas las aplicaciones de fotones de microondas.
En términos de enrutamiento óptico, la respuesta electroóptica de alta velocidad del material niobato de litio de película delgada hace que el interruptor óptico basado en LNOI sea capaz de conmutación de enrutamiento óptico de alta velocidad, y el consumo de energía de dicha conmutación de alta velocidad también es muy bajo. Para la aplicación típica de la tecnología de fotones de microondas integrados, el chip de formación de haz controlado ópticamente tiene la capacidad de conmutación de alta velocidad para satisfacer las necesidades de escaneo de haz rápido, y las características del consumo de energía ultra bajo están bien adaptadas a los requisitos estrictos del sistema de matriz de fase a gran escala. Aunque el interruptor óptico basado en INP también puede realizar una conmutación de ruta óptica de alta velocidad, introducirá un ruido grande, especialmente cuando el interruptor óptico multinivel esté en cascada, el coeficiente de ruido se deteriorará seriamente. Los materiales de silicio, SiO2 y nitruro de silicio solo pueden cambiar las rutas ópticas a través del efecto termo-óptico o el efecto de dispersión del portador, que tiene las desventajas del alto consumo de energía y la velocidad de conmutación lenta. Cuando el tamaño de la matriz de la matriz gradual es grande, no puede cumplir con los requisitos de consumo de energía.
En términos de amplificación óptica, elamplificador óptico de semiconductores (SOA) Basado en INP ha sido maduro para uso comercial, pero tiene las desventajas del alto coeficiente de ruido y la baja potencia de salida de saturación, que no conduce a la aplicación de fotones de microondas. El proceso de amplificación paramétrica de la guía de onda de niobato de litio de película delgada basada en la activación e inversión periódica puede lograr una amplificación óptica en chip de alta potencia y alta potencia, lo que puede cumplir bien con los requisitos de la tecnología de fotones de microondas integrados para la amplificación óptica en chip.
En términos de detección de luz, el niobato de litio de película delgada tiene buenas características de transmisión a la luz en la banda de 1550 nm. No se puede realizar la función de la conversión fotoeléctrica, por lo que para las aplicaciones de fotones de microondas, para satisfacer las necesidades de conversión fotoeléctrica en el chip. Las unidades de detección de Ingaas o Ge-Si deben introducirse en chips fotónicos integrados basados en LNOI mediante la soldadura de retroceso o el crecimiento epitaxial. En términos de acoplamiento con fibra óptica, debido a que la fibra óptica en sí es el material SiO2, el campo de modo de modo SIO2 tiene el grado de coincidencia más alto con el campo de modo de fibra óptica, y el acoplamiento es el más conveniente. El diámetro de campo de modo de la guía de onda fuertemente restringida del niobato de litio de película delgada es de aproximadamente 1 μm, que es bastante diferente del campo de modo de la fibra óptica, por lo que se debe realizar una transformación adecuada del punto de modo para que coincida con el campo de modo de fibra óptica.
En términos de integración, si varios materiales tienen un alto potencial de integración depende principalmente del radio de flexión de la guía de onda (afectado por la limitación del campo de modo de guía de onda). La guía de onda fuertemente restringida permite un radio de flexión más pequeño, que es más propicio para la realización de una alta integración. Por lo tanto, las guías de onda de niobato de litio de película delgada tienen el potencial de lograr una alta integración. Por lo tanto, la aparición de la película delgada de litio niobato hace posible que el material de litio niobato realmente desempeñe el papel de "silicio" óptico. Para la aplicación de fotones de microondas, las ventajas del niobato de litio de película delgada son más obvias.
Tiempo de publicación: abril-23-2024