Υψηλή γραμμικότηταηλεκτροοπτικός διαμορφωτήςκαι εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων
Με τις αυξανόμενες απαιτήσεις των συστημάτων επικοινωνίας, προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η απόδοση μετάδοσης των σημάτων, οι άνθρωποι θα συντήξουν φωτόνια και ηλεκτρόνια για να επιτύχουν συμπληρωματικά πλεονεκτήματα και θα γεννηθεί η μικροκυματική φωτονική. Ο ηλεκτροοπτικός διαμορφωτής είναι απαραίτητος για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φως.φωτονικά συστήματα μικροκυμάτων, και αυτό το βασικό βήμα συνήθως καθορίζει την απόδοση ολόκληρου του συστήματος. Δεδομένου ότι η μετατροπή του σήματος ραδιοσυχνότητας σε οπτικό πεδίο είναι μια διαδικασία αναλογικού σήματος, και η συνηθισμένηηλεκτροοπτικοί διαμορφωτέςΠαρόλο που έχουν εγγενή μη γραμμικότητα, υπάρχει σοβαρή παραμόρφωση σήματος στη διαδικασία μετατροπής. Προκειμένου να επιτευχθεί κατά προσέγγιση γραμμική διαμόρφωση, το σημείο λειτουργίας του διαμορφωτή είναι συνήθως σταθερό στο ορθογώνιο σημείο πόλωσης, αλλά εξακολουθεί να μην μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις της ζεύξης φωτονίων μικροκυμάτων για τη γραμμικότητα του διαμορφωτή. Απαιτούνται επειγόντως ηλεκτροοπτικοί διαμορφωτές με υψηλή γραμμικότητα.
Η διαμόρφωση δείκτη διάθλασης υψηλής ταχύτητας των υλικών πυριτίου επιτυγχάνεται συνήθως με το φαινόμενο διασποράς πλάσματος ελεύθερου φορέα (FCD). Τόσο το φαινόμενο FCD όσο και η διαμόρφωση σύνδεσης PN είναι μη γραμμικές, γεγονός που καθιστά τον διαμορφωτή πυριτίου λιγότερο γραμμικό από τον διαμορφωτή νιοβικού λιθίου. Τα υλικά νιοβικού λιθίου παρουσιάζουν εξαιρετική απόδοση.ηλεκτροοπτική διαμόρφωσηΟι ιδιότητες οφείλονται στο φαινόμενο Pucker. Ταυτόχρονα, το υλικό νιοβικού λιθίου έχει τα πλεονεκτήματα του μεγάλου εύρους ζώνης, των καλών χαρακτηριστικών διαμόρφωσης, των χαμηλών απωλειών, της εύκολης ενσωμάτωσης και της συμβατότητας με τη διαδικασία ημιαγωγών, η χρήση νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης για την κατασκευή ηλεκτροοπτικών διαμορφωτών υψηλής απόδοσης, σε σύγκριση με το πυρίτιο σχεδόν χωρίς "μικρή πλάκα", αλλά και για την επίτευξη υψηλής γραμμικότητας. Ο ηλεκτροοπτικός διαμορφωτής νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης (LNOI) σε μονωτήρα έχει γίνει μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση ανάπτυξης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας προετοιμασίας υλικών νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης και της τεχνολογίας χάραξης κυματοδηγού, η υψηλή απόδοση μετατροπής και η υψηλότερη ενσωμάτωση του ηλεκτροοπτικού διαμορφωτή νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης έχουν γίνει το πεδίο της διεθνούς ακαδημαϊκής κοινότητας και της βιομηχανίας.
Χαρακτηριστικά του νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο σχεδιασμός DAP AR έχει κάνει την ακόλουθη αξιολόγηση των υλικών νιοβικού λιθίου: εάν το κέντρο της ηλεκτρονικής επανάστασης ονομαστεί από το υλικό πυριτίου που την καθιστά δυνατή, τότε η γενέτειρα της φωτονικής επανάστασης είναι πιθανό να ονομαστεί από το νιοβικό λίθιο. Αυτό συμβαίνει επειδή το νιοβικό λίθιο ενσωματώνει το ηλεκτροοπτικό φαινόμενο, το ακουστοοπτικό φαινόμενο, το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο και το φωτοδιαθλαστικό φαινόμενο σε ένα, όπως ακριβώς τα υλικά πυριτίου στον τομέα της οπτικής.
Όσον αφορά τα χαρακτηριστικά οπτικής μετάδοσης, το υλικό InP έχει τη μεγαλύτερη απώλεια μετάδοσης στο τσιπ λόγω της απορρόφησης φωτός στην συνήθως χρησιμοποιούμενη ζώνη των 1550nm. Το SiO2 και το νιτρίδιο του πυριτίου έχουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά μετάδοσης, και η απώλεια μπορεί να φτάσει το επίπεδο των ~ 0,01dB/cm. Προς το παρόν, η απώλεια κυματοδηγού του κυματοδηγού λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου μπορεί να φτάσει το επίπεδο των 0,03dB/cm, και η απώλεια του κυματοδηγού λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου έχει τη δυνατότητα να μειωθεί περαιτέρω με τη συνεχή βελτίωση του τεχνολογικού επιπέδου στο μέλλον. Επομένως, το υλικό λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου θα δείξει καλή απόδοση για παθητικές δομές φωτός όπως φωτοσυνθετική διαδρομή, διακλάδωση και μικροδακτύλιο.
Όσον αφορά την παραγωγή φωτός, μόνο το InP έχει την ικανότητα να εκπέμπει φως απευθείας. Επομένως, για την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων, είναι απαραίτητο να εισαχθεί η πηγή φωτός που βασίζεται στο InP στο ενσωματωμένο τσιπ φωτονίων που βασίζεται στο LNOI μέσω συγκόλλησης με οπισθοφόρτιση ή επιταξιακής ανάπτυξης. Όσον αφορά τη διαμόρφωση φωτός, έχει τονιστεί παραπάνω ότι το υλικό νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης επιτυγχάνει ευκολότερα μεγαλύτερο εύρος ζώνης διαμόρφωσης, χαμηλότερη τάση ημικύματος και χαμηλότερη απώλεια μετάδοσης από το InP και το Si. Επιπλέον, η υψηλή γραμμικότητα της ηλεκτροοπτικής διαμόρφωσης των υλικών νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι απαραίτητη για όλες τις εφαρμογές φωτονίων μικροκυμάτων.
Όσον αφορά την οπτική δρομολόγηση, η υψηλής ταχύτητας ηλεκτροοπτική απόκριση του λεπτού υμενίου νιοβικού λιθίου καθιστά τον οπτικό διακόπτη που βασίζεται σε LNOI ικανό για υψηλής ταχύτητας οπτική δρομολόγηση μεταγωγής, και η κατανάλωση ενέργειας μιας τέτοιας υψηλής ταχύτητας μεταγωγής είναι επίσης πολύ χαμηλή. Για την τυπική εφαρμογή της ενσωματωμένης τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων, το οπτικά ελεγχόμενο τσιπ διαμόρφωσης δέσμης έχει την ικανότητα υψηλής ταχύτητας μεταγωγής για να καλύψει τις ανάγκες της γρήγορης σάρωσης δέσμης, και τα χαρακτηριστικά της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας είναι καλά προσαρμοσμένα στις αυστηρές απαιτήσεις του συστήματος φάσεων μεγάλης κλίμακας. Αν και ο οπτικός διακόπτης που βασίζεται σε InP μπορεί επίσης να πραγματοποιήσει υψηλής ταχύτητας οπτική μεταγωγή διαδρομής, θα εισαγάγει μεγάλο θόρυβο, ειδικά όταν ο πολυεπίπεδος οπτικός διακόπτης είναι σε καταρράκτη, ο συντελεστής θορύβου θα επιδεινωθεί σοβαρά. Τα υλικά πυριτίου, SiO2 και νιτριδίου πυριτίου μπορούν να αλλάξουν οπτικές διαδρομές μόνο μέσω του θερμοοπτικού φαινομένου ή του φαινομένου διασποράς φορέων, το οποίο έχει τα μειονεκτήματα της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας και της αργής ταχύτητας μεταγωγής. Όταν το μέγεθος της φάσεων είναι μεγάλο, δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις κατανάλωσης ενέργειας.
Όσον αφορά την οπτική ενίσχυση, ηοπτικός ενισχυτής ημιαγωγών (SOA) με βάση το InP έχει ωριμάσει για εμπορική χρήση, αλλά έχει τα μειονεκτήματα του υψηλού συντελεστή θορύβου και της χαμηλής ισχύος εξόδου κορεσμού, κάτι που δεν ευνοεί την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων. Η παραμετρική διαδικασία ενίσχυσης κυματοδηγού λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου που βασίζεται στην περιοδική ενεργοποίηση και αντιστροφή μπορεί να επιτύχει οπτική ενίσχυση χαμηλού θορύβου και υψηλής ισχύος σε τσιπ, η οποία μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της ενσωματωμένης τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων για οπτική ενίσχυση σε τσιπ.
Όσον αφορά την ανίχνευση φωτός, το νιοβικό λίθιο λεπτής μεμβράνης έχει καλά χαρακτηριστικά μετάδοσης στο φως στη ζώνη των 1550 nm. Η λειτουργία της φωτοηλεκτρικής μετατροπής δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί, επομένως για εφαρμογές φωτονίων μικροκυμάτων, προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες της φωτοηλεκτρικής μετατροπής στο τσιπ. Οι μονάδες ανίχνευσης InGaAs ή Ge-Si πρέπει να εισαχθούν σε φωτονικά ολοκληρωμένα τσιπ που βασίζονται σε LNOI μέσω συγκόλλησης οπισθοφόρτισης ή επιταξιακής ανάπτυξης. Όσον αφορά τη σύζευξη με οπτικές ίνες, επειδή η ίδια η οπτική ίνα είναι υλικό SiO2, το πεδίο τρόπου λειτουργίας του κυματοδηγού SiO2 έχει τον υψηλότερο βαθμό αντιστοίχισης με το πεδίο τρόπου λειτουργίας της οπτικής ίνας και η σύζευξη είναι η πιο βολική. Η διάμετρος του πεδίου τρόπου λειτουργίας του έντονα περιορισμένου κυματοδηγού του νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι περίπου 1μm, η οποία είναι αρκετά διαφορετική από το πεδίο τρόπου λειτουργίας της οπτικής ίνας, επομένως πρέπει να πραγματοποιηθεί σωστός μετασχηματισμός σημείου τρόπου λειτουργίας για να ταιριάζει με το πεδίο τρόπου λειτουργίας της οπτικής ίνας.
Όσον αφορά την ενσωμάτωση, το αν διάφορα υλικά έχουν υψηλό δυναμικό ενσωμάτωσης εξαρτάται κυρίως από την ακτίνα κάμψης του κυματοδηγού (η οποία επηρεάζεται από τον περιορισμό του πεδίου λειτουργίας του κυματοδηγού). Ο έντονα περιορισμένος κυματοδηγός επιτρέπει μικρότερη ακτίνα κάμψης, η οποία ευνοεί περισσότερο την επίτευξη υψηλής ενσωμάτωσης. Επομένως, οι κυματοδηγοί λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν υψηλή ενσωμάτωση. Επομένως, η εμφάνιση του λεπτού υμενίου νιοβικού λιθίου επιτρέπει στο υλικό νιοβικού λιθίου να παίξει πραγματικά τον ρόλο του οπτικού «πυριτίου». Για την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων, τα πλεονεκτήματα του λεπτού υμενίου νιοβικού λιθίου είναι πιο προφανή.
Ώρα δημοσίευσης: 23 Απριλίου 2024