Μία από τις πιο σημαντικές ιδιότητες ενός οπτικού διαμορφωτή είναι η ταχύτητα διαμόρφωσης ή το εύρος ζώνης του, το οποίο θα πρέπει να είναι τουλάχιστον τόσο γρήγορο όσο τα διαθέσιμα ηλεκτρονικά. Τρανζίστορ που έχουν 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 χαρακτηριστικών [1]. Ωστόσο, το εύρος ζώνης των σημερινών διαμορφωτών που βασίζονται σε πυρίτιο είναι περιορισμένο. Το πυρίτιο δεν έχει χ(2)-μη γραμμικότητα λόγω της κεντροσυμμετρικής κρυσταλλικής δομής του. Η χρήση τεντωμένου πυριτίου έχει ήδη οδηγήσει σε ενδιαφέροντα αποτελέσματα [2], αλλά οι μη γραμμικότητες δεν επιτρέπουν ακόμη πρακτικές συσκευές. Επομένως, οι υπερσύγχρονοι φωτονικοί διαμορφωτές πυριτίου εξακολουθούν να βασίζονται στη διασπορά ελεύθερου φορέα σε συνδέσεις pn ή pin [3-5]. Οι εμπρόσθιοι πολωμένοι κόμβοι έχουν αποδειχθεί ότι παρουσιάζουν προϊόν μήκους τάσης τόσο χαμηλό όσο VπL = 0,36 V mm, αλλά η ταχύτητα διαμόρφωσης περιορίζεται από τη δυναμική των φερόντων μειοψηφίας. Παρόλα αυτά, έχουν δημιουργηθεί ρυθμοί δεδομένων 10 Gbit/s με τη βοήθεια μιας προέμφασης του ηλεκτρικού σήματος [4]. Χρησιμοποιώντας αντίστροφες πολωμένες συνδέσεις, το εύρος ζώνης έχει αυξηθεί σε περίπου 30 GHz [5,6], αλλά το γινόμενο μήκους τάσης αυξήθηκε σε VπL = 40 V mm. Δυστυχώς, τέτοιοι διαμορφωτές φάσης επίδρασης πλάσματος παράγουν επίσης ανεπιθύμητη διαμόρφωση έντασης [7] και αποκρίνονται μη γραμμικά στην εφαρμοζόμενη τάση. Οι προηγμένες μορφές διαμόρφωσης όπως το QAM απαιτούν, ωστόσο, μια γραμμική απόκριση και διαμόρφωση καθαρής φάσης, καθιστώντας την εκμετάλλευση του ηλεκτροοπτικού φαινομένου (φαινόμενο Pockels [8]) ιδιαίτερα επιθυμητή.
2. Προσέγγιση SOH
Πρόσφατα, έχει προταθεί η προσέγγιση πυριτίου-οργανικού υβριδίου (SOH) [9-12]. Ένα παράδειγμα διαμορφωτή SOH φαίνεται στο Σχ. 1(α). Αποτελείται από έναν κυματοδηγό σχισμής που οδηγεί το οπτικό πεδίο και δύο λωρίδες 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], Εικ. 1(β). Η συσκευή είναι επικαλυμμένη με ηλεκτρο-οπτικό οργανικό υλικό που γεμίζει ομοιόμορφα την υποδοχή. Η τάση διαμόρφωσης μεταφέρεται από τον μεταλλικό ηλεκτρικό κυματοδηγό και πέφτει κατά μήκος της υποδοχής χάρη στις αγώγιμες λωρίδες πυριτίου. Το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει αλλάζει στη συνέχεια τον δείκτη διάθλασης στην υποδοχή μέσω του εξαιρετικά γρήγορου ηλεκτροοπτικού εφέ. 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 αφού τόσο το πεδία διαμόρφωσης όσο και το οπτικό πεδίο συγκεντρώνονται μέσα στη σχισμή, Εικ. 1(β) [14]. Πράγματι, οι πρώτες εφαρμογές διαμορφωτών SOH με λειτουργία υποβολτ [11] έχουν ήδη παρουσιαστεί και η ημιτονοειδής διαμόρφωση έως 40 GHz έχει αποδειχθεί [15,16]. Ωστόσο, η πρόκληση στην κατασκευή διαμορφωτών SOH υψηλής ταχύτητας χαμηλής τάσης είναι η δημιουργία μιας λωρίδας σύνδεσης υψηλής αγωγιμότητας. Σε ένα ισοδύναμο κύκλωμα η σχισμή μπορεί να αναπαρασταθεί από έναν πυκνωτή C και οι αγώγιμες λωρίδες από τις αντιστάσεις R, Σχήμα 1(b). Η αντίστοιχη χρονική σταθερά RC καθορίζει το εύρος ζώνης της συσκευής [10,14,17,18]. Προκειμένου να μειωθεί η αντίσταση R, έχει προταθεί η ντόπινγκ των λωρίδων πυριτίου [10,14]. Ενώ το ντόπινγκ αυξάνει την αγωγιμότητα των λωρίδων πυριτίου (και επομένως αυξάνει τις οπτικές απώλειες), κάποιος πληρώνει μια πρόσθετη ποινή απώλειας επειδή η κινητικότητα των ηλεκτρονίων επηρεάζεται από τη σκέδαση ακαθαρσιών [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 για επιστημονικούς ερευνητές και βιομηχανικούς μηχανικούς. Μετά από χρόνια ανεξάρτητης καινοτομίας, έχει σχηματίσει μια πλούσια και τέλεια σειρά φωτοηλεκτρικών προϊόντων, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως σε δημοτικές, στρατιωτικές, μεταφορές, ηλεκτρική ενέργεια, χρηματοδότηση, εκπαίδευση, ιατρική και άλλες βιομηχανίες.
Ανυπομονούμε για συνεργασία μαζί σας!
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-29-2023