Μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες ενός οπτικού διαμορφωτή είναι η ταχύτητα διαμόρφωσής του ή το εύρος ζώνης, το οποίο θα πρέπει να είναι τουλάχιστον τόσο γρήγορο όσο τα διαθέσιμα ηλεκτρονικά. Τρανζίστορ με συχνότητες διέλευσης πολύ πάνω από 100 GHz έχουν ήδη αποδειχθεί σε τεχνολογία πυριτίου 90 nm και η ταχύτητα θα αυξηθεί περαιτέρω καθώς μειώνεται το ελάχιστο μέγεθος χαρακτηριστικού [1]. Ωστόσο, το εύρος ζώνης των σημερινών διαμορφωτών που βασίζονται στο πυρίτιο είναι περιορισμένο. Το πυρίτιο δεν διαθέτει χ(2)-μη γραμμικότητα λόγω της κεντρο-συμμετρικής κρυσταλλικής δομής του. Η χρήση τεταμένου πυριτίου έχει ήδη οδηγήσει σε ενδιαφέροντα αποτελέσματα [2], αλλά οι μη γραμμικότητες δεν επιτρέπουν ακόμη πρακτικές συσκευές. Συνεπώς, οι σύγχρονοι φωτονικοί διαμορφωτές πυριτίου εξακολουθούν να βασίζονται στη διασπορά ελεύθερου φορέα σε συνδέσεις pn ή pin [3-5]. Έχει αποδειχθεί ότι οι συνδέσεις με ορθή πόλωση εμφανίζουν γινόμενο τάσης-μήκους τόσο χαμηλό όσο VπL = 0,36 V mm, αλλά η ταχύτητα διαμόρφωσης περιορίζεται από τη δυναμική των μειονοτικών φορέων. Παρόλα αυτά, έχουν δημιουργηθεί ρυθμοί δεδομένων 10 Gbit/s με τη βοήθεια μιας προ-έμφασης του ηλεκτρικού σήματος [4]. Χρησιμοποιώντας αντίστροφα πολωμένες συνδέσεις, το εύρος ζώνης έχει αυξηθεί σε περίπου 30 GHz [5,6], αλλά το γινόμενο τάσης-μήκους αυξήθηκε σε VπL = 40 V mm. Δυστυχώς, τέτοιοι διαμορφωτές φάσης φαινομένου πλάσματος παράγουν επίσης ανεπιθύμητη διαμόρφωση έντασης [7] και ανταποκρίνονται μη γραμμικά στην εφαρμοζόμενη τάση. Οι προηγμένες μορφές διαμόρφωσης όπως το QAM απαιτούν, ωστόσο, γραμμική απόκριση και καθαρή διαμόρφωση φάσης, καθιστώντας την αξιοποίηση του ηλεκτροοπτικού φαινομένου (φαινόμενο Pockels [8]) ιδιαίτερα επιθυμητή.
2. Προσέγγιση SOH
Πρόσφατα, έχει προταθεί η προσέγγιση υβριδικού πυριτίου-οργανικού (SOH) [9–12]. Ένα παράδειγμα διαμορφωτή SOH φαίνεται στο Σχήμα 1(α). Αποτελείται από έναν κυματοδηγό σχισμής που καθοδηγεί το οπτικό πεδίο και δύο ταινίες πυριτίου που συνδέουν ηλεκτρικά τον οπτικό κυματοδηγό με τα μεταλλικά ηλεκτρόδια. Τα ηλεκτρόδια βρίσκονται έξω από το οπτικό πεδίο για την αποφυγή οπτικών απωλειών [13], Σχήμα 1(β). Η συσκευή είναι επικαλυμμένη με ένα ηλεκτροοπτικό οργανικό υλικό που γεμίζει ομοιόμορφα την σχισμή. Η τάση διαμόρφωσης μεταφέρεται από τον μεταλλικό ηλεκτρικό κυματοδηγό και πέφτει κατά μήκος της σχισμής χάρη στις αγώγιμες ταινίες πυριτίου. Το προκύπτον ηλεκτρικό πεδίο στη συνέχεια αλλάζει τον δείκτη διάθλασης στην σχισμή μέσω του εξαιρετικά γρήγορου ηλεκτροοπτικού φαινομένου. Δεδομένου ότι η σχισμή έχει πλάτος της τάξης των 100 nm, μερικά βολτ είναι αρκετά για να δημιουργήσουν πολύ ισχυρά πεδία διαμόρφωσης που είναι της τάξης μεγέθους της διηλεκτρικής αντοχής των περισσότερων υλικών. Η δομή έχει υψηλή απόδοση διαμόρφωσης, καθώς τόσο τα πεδία διαμόρφωσης όσο και τα οπτικά πεδία συγκεντρώνονται μέσα στην σχισμή, Σχήμα 1(β) [14]. Πράγματι, οι πρώτες υλοποιήσεις διαμορφωτών SOH με λειτουργία υποβολτ [11] έχουν ήδη παρουσιαστεί, και έχει αποδειχθεί ημιτονοειδής διαμόρφωση έως 40 GHz [15,16]. Ωστόσο, η πρόκληση στην κατασκευή διαμορφωτών SOH χαμηλής τάσης υψηλής ταχύτητας είναι η δημιουργία μιας ταινίας σύνδεσης υψηλής αγωγιμότητας. Σε ένα ισοδύναμο κύκλωμα, η υποδοχή μπορεί να αναπαρασταθεί από έναν πυκνωτή C και οι αγώγιμες ταινίες από αντιστάσεις R, Σχήμα 1(β). Η αντίστοιχη χρονική σταθερά RC καθορίζει το εύρος ζώνης της συσκευής [10,14,17,18]. Προκειμένου να μειωθεί η αντίσταση R, έχει προταθεί η προσθήκη πρόσμιξης στις ταινίες πυριτίου [10,14]. Ενώ η προσθήκη αυξάνει την αγωγιμότητα των ταινιών πυριτίου (και επομένως αυξάνει τις οπτικές απώλειες), πληρώνεται μια πρόσθετη ποινή απώλειας επειδή η κινητικότητα των ηλεκτρονίων επηρεάζεται από τη σκέδαση προσμίξεων [10,14,19]. Επιπλέον, οι πιο πρόσφατες προσπάθειες κατασκευής έδειξαν απροσδόκητα χαμηλή αγωγιμότητα.
Η Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., που βρίσκεται στην «Silicon Valley» της Κίνας - Beijing Zhongguancun, είναι μια επιχείρηση υψηλής τεχνολογίας αφιερωμένη στην εξυπηρέτηση εγχώριων και ξένων ερευνητικών ιδρυμάτων, ερευνητικών ινστιτούτων, πανεπιστημίων και προσωπικού επιστημονικής έρευνας επιχειρήσεων. Η εταιρεία μας ασχολείται κυρίως με την ανεξάρτητη έρευνα και ανάπτυξη, το σχεδιασμό, την κατασκευή, τις πωλήσεις οπτοηλεκτρονικών προϊόντων και παρέχει καινοτόμες λύσεις και επαγγελματικές, εξατομικευμένες υπηρεσίες σε επιστημονικούς ερευνητές και βιομηχανικούς μηχανικούς. Μετά από χρόνια ανεξάρτητης καινοτομίας, έχει δημιουργήσει μια πλούσια και τέλεια σειρά φωτοηλεκτρικών προϊόντων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε δημοτικές, στρατιωτικές, μεταφορές, ηλεκτρική ενέργεια, χρηματοοικονομικά, εκπαίδευση, ιατρική και άλλες βιομηχανίες.
Ανυπομονούμε για τη συνεργασία μαζί σας!
Ώρα δημοσίευσης: 29 Μαρτίου 2023