Υψηλή γραμμικότηταηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτήςκαι εφαρμογή φωτονίου μικροκυμάτων
Με τις αυξανόμενες απαιτήσεις των συστημάτων επικοινωνίας, προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η αποτελεσματικότητα της μετάδοσης των σημάτων, οι άνθρωποι θα συγχωνεύουν τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια για να επιτύχουν συμπληρωματικά πλεονεκτήματα και η φωτονική των μικροκυμάτων θα γεννηθεί. Ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής είναι απαραίτητος για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας στο φωςΦωτονικά συστήματα μικροκυμάτων, και αυτό το βασικό βήμα καθορίζει συνήθως την απόδοση ολόκληρου του συστήματος. Δεδομένου ότι η μετατροπή του σήματος ραδιοσυχνότητας στον οπτικό τομέα είναι μια διαδικασία αναλογικού σήματος και συνηθισμένηηλεκτρομαγνητικοί διαμορφωτέςέχουν εγγενή μη γραμμικότητα, υπάρχει σοβαρή παραμόρφωση σήματος στη διαδικασία μετατροπής. Προκειμένου να επιτευχθεί κατά προσέγγιση γραμμική διαμόρφωση, το σημείο λειτουργίας του διαμορφωτή συνήθως σταθεροποιείται στο σημείο ορθογώνιας προκατάληψης, αλλά εξακολουθεί να μην μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις του συνδέσμου φωτονίων μικροκυμάτων για τη γραμμικότητα του διαμορφωτή. Οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές με υψηλή γραμμικότητα χρειάζονται επειγόντως.
Η διαμόρφωση ευρετηρίου διαθλαστικής υψηλής ταχύτητας των υλικών πυριτίου επιτυγχάνεται συνήθως από το φαινόμενο διασποράς του ελεύθερου φορέα (FCD). Τόσο η επίδραση FCD όσο και η διαμόρφωση της διασταύρωσης PN είναι μη γραμμικά, γεγονός που καθιστά τον διαμορφωτή πυριτίου λιγότερο γραμμικό από τον διαμορφωτή νιοβαλικού λιθίου. Τα υλικά Niobate Lithium παρουσιάζουν εξαιρετικάηλεκτρο-οπτική διαμόρφωσηιδιότητες λόγω του αποτελέσματος του pucker. Ταυτόχρονα, το υλικό Niobate του λιθίου έχει τα πλεονεκτήματα μεγάλου εύρους ζώνης, καλών χαρακτηριστικών διαμόρφωσης, χαμηλής απώλειας, εύκολης ενσωμάτωσης και συμβατότητας με τη διαδικασία ημιαγωγού, τη χρήση λιθίου λεπτού φιλμ νιβανικού για να καταστήσει τον ηλεκτρο-οπτικό διαμορφωτή υψηλής απόδοσης, σε σύγκριση με το σιλικόν σχεδόν "σύντομη πλάκα", αλλά και για την επίτευξη υψηλής γραμμικότητας. Ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής λιθίου λεπτής μεμβράνης (LNOI) στον μονωτήρα έχει γίνει μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση ανάπτυξης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας παρασκευής υλικού Niobate Litial Lity Lithium και της τεχνολογίας χάραξης κυματοδηγού, η υψηλή απόδοση μετατροπής και η υψηλότερη ενσωμάτωση του ηλεκτρο-οπτικού διαμορφωτή λιθίου λεπτού φιλμ έχει γίνει ο πεδίο του διεθνούς ακαδημαϊκού ακαδημαϊκού και της βιομηχανίας.
Χαρακτηριστικά του Niobate λιθίου λεπτής μεμβράνης
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο σχεδιασμός έχει κάνει την ακόλουθη αξιολόγηση των υλικών νιοβαλικού λιθίου: εάν το κέντρο της ηλεκτρονικής επανάστασης ονομάζεται από το υλικό πυριτίου που το καθιστά δυνατό, τότε η γενέτειρα της φωτονικής επανάστασης είναι πιθανό να ονομαστεί από νιωβικό λιθίου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το Niobate του λιθίου ενσωματώνει την ηλεκτρο-οπτική επίδραση, την ακουστική οπτική επίδραση, την πιεζοηλεκτρική επίδραση, το θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα και το φωτεροδραστικό αποτέλεσμα σε ένα, ακριβώς όπως τα υλικά πυριτίου στο πεδίο της οπτικής.
Όσον αφορά τα χαρακτηριστικά της οπτικής μετάδοσης, το υλικό INP έχει τη μεγαλύτερη απώλεια μετάδοσης επί του τσιπ λόγω της απορρόφησης του φωτός στην κοινώς χρησιμοποιούμενη ζώνη 1550nm. Το νιτρίδιο SiO2 και πυριτίου έχουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά μετάδοσης και η απώλεια μπορεί να φτάσει στο επίπεδο ~ 0,01dB/cm. Επί του παρόντος, η απώλεια κυματοδηγού του κυματοδηγού Niobate του λιθίου με λεπτό φιλμ μπορεί να φτάσει στο επίπεδο των 0,03dB/cm και η απώλεια κυματοδηγού Niobate Lithium Lithium έχει τη δυνατότητα να μειωθεί περαιτέρω με τη συνεχή βελτίωση του τεχνολογικού επιπέδου στο μέλλον. Ως εκ τούτου, το υλικό Niobate Lita Film Lithium θα παρουσιάσει καλή απόδοση για παθητικές δομές φωτός όπως η φωτοσυνθετική διαδρομή, η διακλάδωση και η μικροοργία.
Από την άποψη της παραγωγής φωτός, μόνο η INP έχει τη δυνατότητα να εκπέμπει άμεσα το φως. Ως εκ τούτου, για την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων, είναι απαραίτητο να εισαχθεί η πηγή φωτός με βάση το INP στο φωτοζονικό ενσωματωμένο τσιπ με βάση το LNOI με τον τρόπο της συγκόλλησης της συγκόλλησης ή της επιταξιακής ανάπτυξης. Από την άποψη της διαμόρφωσης φωτός, έχει υπογραμμιστεί πάνω από αυτό το υλικό Niobate λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι ευκολότερο να επιτευχθεί μεγαλύτερο εύρος ζώνης διαμόρφωσης, χαμηλότερη τάση μισού κύματος και χαμηλότερη απώλεια μετάδοσης από το INP και το SI. Επιπλέον, η υψηλή γραμμικότητα της ηλεκτρο-οπτικής διαμόρφωσης των υλικών Niobate λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι απαραίτητη για όλες τις εφαρμογές φωτονίων μικροκυμάτων.
Από την άποψη της οπτικής δρομολόγησης, η ηλεκτρο-οπτική απόκριση υψηλής ταχύτητας του υλικού Niobate του λιθίου λεπτής μεμβράνης καθιστά τον οπτικό διακόπτη με βάση το LNOI ικανό για μετατόπιση οπτικής δρομολόγησης υψηλής ταχύτητας και η κατανάλωση ενέργειας αυτής της μεταγωγής υψηλής ταχύτητας είναι επίσης πολύ χαμηλή. Για την τυπική εφαρμογή της ολοκληρωμένης τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων, το τσιπ οπτικά ελεγχόμενο τσιπ δέσμευσης έχει την ικανότητα της μεταγωγής υψηλής ταχύτητας να καλύπτει τις ανάγκες της σάρωσης γρήγορης δέσμης και τα χαρακτηριστικά της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας είναι καλά προσαρμοσμένα στις αυστηρές απαιτήσεις του συστήματος σταδιακής σειράς μεγάλης κλίμακας. Παρόλο που ο οπτικός διακόπτης με βάση το INP μπορεί επίσης να συνειδητοποιήσει τη μεταγωγή οπτικής διαδρομής υψηλής ταχύτητας, θα εισαγάγει μεγάλο θόρυβο, ειδικά όταν ο πολυεπίπεδο οπτικός διακόπτης είναι κατακερματισμένος, ο συντελεστής θορύβου θα επιδεινωθεί σοβαρά. Τα υλικά του πυριτίου, του SiO2 και του νιτριδίου πυριτίου μπορούν να αλλάξουν μόνο τις οπτικές διαδρομές μέσω του θερμοσκοπικού οπτικού αποτελέσματος ή της φαινόμενης διασποράς φορέα, το οποίο έχει τα μειονεκτήματα της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας και της βραδείας ταχύτητας μεταγωγής. Όταν το μέγεθος του πίνακα του σταδιακής συστοιχίας είναι μεγάλο, δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις κατανάλωσης ενέργειας.
Όσον αφορά την οπτική ενίσχυση, τοημιαγωγός οπτικός ενισχυτής (Σόα) Με βάση το INP ήταν ώριμη για εμπορική χρήση, αλλά έχει τα μειονεκτήματα του υψηλού συντελεστή θορύβου και της χαμηλής ισχύος του κορεσμού, η οποία δεν ευνοεί την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων. Η διαδικασία παραμετρικής ενίσχυσης του κυματοδηγού Niobate Lite-Film με βάση την περιοδική ενεργοποίηση και την αναστροφή μπορεί να επιτύχει οπτική ενίσχυση σε οπτική ενίσχυση με χαμηλή ισχύ και υψηλής ισχύος, η οποία μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της ολοκληρωμένης τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων για οπτική ενίσχυση on-chip.
Από την άποψη της ανίχνευσης φωτός, το Niobate Lite Film Lithium έχει καλά χαρακτηριστικά μετάδοσης στο φως σε ζώνη 1550 nm. Η λειτουργία της φωτοηλεκτρικής μετατροπής δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί, οπότε για εφαρμογές φωτονίων μικροκυμάτων, προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες της φωτοηλεκτρικής μετατροπής στο τσιπ. Οι μονάδες ανίχνευσης GE-SI ή GE-SI πρέπει να εισαχθούν σε φωτοζονικά ενσωματωμένα τσιπ με βάση LNOI με συγκόλληση ή επιταξιακή ανάπτυξη. Όσον αφορά τη σύζευξη με την οπτική ίνα, επειδή η ίδια η οπτική ίνα είναι υλικό SiO2, το πεδίο λειτουργίας του κυματοδηγού SiO2 έχει τον υψηλότερο βαθμό αντιστοίχισης με το πεδίο λειτουργίας της οπτικής ίνας και η σύζευξη είναι το πιο βολικό. Η διάμετρος πεδίου λειτουργίας του έντονα περιορισμένου κυματοδηγού του νιωβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι περίπου 1 μm, το οποίο είναι αρκετά διαφορετικό από το πεδίο λειτουργίας οπτικών ινών, οπότε ο σωστός μετασχηματισμός σημείων λειτουργίας πρέπει να διεξάγεται για να ταιριάζει με το πεδίο λειτουργίας της οπτικής ίνας.
Όσον αφορά την ολοκλήρωση, αν διάφορα υλικά έχουν υψηλό δυναμικό ενσωμάτωσης εξαρτάται κυρίως από την ακτίνα κάμψης του κυματοδηγού (που επηρεάζεται από τον περιορισμό του πεδίου λειτουργίας κυματοδηγού). Ο έντονα περιορισμένος κυματοδηγός επιτρέπει μια μικρότερη ακτίνα κάμψης, η οποία είναι πιο ευνοϊκή για την υλοποίηση της υψηλής ολοκλήρωσης. Ως εκ τούτου, οι κυματοδηγοί Niobate Lite-Film έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν υψηλή ολοκλήρωση. Ως εκ τούτου, η εμφάνιση του Niobate του λιθίου λεπτής μεμβράνης καθιστά δυνατή την υλική του Niobate του λιθίου να παίζει πραγματικά το ρόλο του οπτικού "πυρίτιο". Για την εφαρμογή φωτόνων μικροκυμάτων, τα πλεονεκτήματα του Niobate του λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι πιο προφανή.
Χρόνος δημοσίευσης: Απριλίου-23-2024