Υψηλότερος ενσωματωμένος ηλεκτροοπτικός διαμορφωτής νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης

Υψηλή γραμμικότηταηλεκτρο-οπτικός 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 φωτονική μικροκυμάτων.Ο ηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτής είναι απαραίτητος για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωςφωτονικά συστήματα μικροκυμάτων, και αυτό το βασικό βήμα συνήθως καθορίζει την απόδοση ολόκληρου του συστήματος.Δεδομένου ότι η μετατροπή του σήματος ραδιοσυχνότητας σε οπτικό τομέα είναι μια διαδικασία αναλογικού σήματος, και συνηθισμένηηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτέςέχουν 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 του δείκτη διάθλασης υψηλής ταχύτητας των υλικών πυριτίου συνήθως επιτυγχάνεται με το φαινόμενο της διασποράς πλάσματος ελεύθερου φορέα (FCD).Τόσο το φαινόμενο FCD όσο και η διαμόρφωση της σύνδεσης PN είναι μη γραμμικά, γεγονός που καθιστά τον διαμορφωτή πυριτίου λιγότερο γραμμικό από τον διαμορφωτή νιοβικού λιθίου.Τα υλικά νιοβικού λιθίου παρουσιάζουν εξαιρετικάηλεκτρο-οπτική διαμόρφωσηιδιότητες λόγω του φαινομένου Pucker τους.Ταυτόχρονα, το υλικό νιοβικού λιθίου έχει τα πλεονεκτήματα του μεγάλου εύρους ζώνης, των καλών χαρακτηριστικών διαμόρφωσης, της χαμηλής απώλειας, της εύκολης ενσωμάτωσης και της συμβατότητας με τη διαδικασία ημιαγωγών, της χρήσης λεπτής μεμβράνης νιοβικού λιθίου για την κατασκευή ηλεκτρο-οπτικού διαμορφωτή υψηλής απόδοσης, σε σύγκριση με το πυρίτιο σχεδόν καθόλου «κοντό πιάτο», αλλά και για να επιτευχθεί υψηλή γραμμικότητα.Ο ηλεκτροοπτικός διαμορφωτής νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης (LNOI) στον μονωτή έχει γίνει μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση ανάπτυξης.Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας προετοιμασίας υλικού νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης και της τεχνολογίας χάραξης κυματοδηγού, η υψηλή απόδοση μετατροπής και η υψηλότερη ενσωμάτωση του ηλεκτροοπτικού διαμορφωτή νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης έχει γίνει το πεδίο του διεθνούς ακαδημαϊκού κόσμου και της βιομηχανίας.

Χαρακτηριστικά του νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο σχεδιασμός DAP AR έκανε την ακόλουθη αξιολόγηση των υλικών νιοβικού λιθίου: εάν το κέντρο της ηλεκτρονικής επανάστασης έχει το όνομά του από το υλικό πυριτίου που το καθιστά δυνατό, τότε η γενέτειρα της επανάστασης της φωτονικής είναι πιθανό να ονομαστεί από το νιοβικό λίθιο .Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το νιοβικό λίθιο ενσωματώνει ηλεκτρο-οπτική επίδραση, ακουστικο-οπτικό αποτέλεσμα, πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, θερμοηλεκτρικό φαινόμενο και φωτοδιαθλαστικό αποτέλεσμα σε ένα, ακριβώς όπως 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 ευρέως χρησιμοποιούμενη ζώνη των 1550 nm.Το SiO2 και το νιτρίδιο του πυριτίου έχουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά μετάδοσης και η απώλεια μπορεί να φτάσει το επίπεδο των ~ 0,01dB/cm.Επί του παρόντος, η απώλεια κυματοδηγού του κυματοδηγού νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης μπορεί να φτάσει το επίπεδο των 0,03 dB/cm και η απώλεια κυματοδηγού νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης έχει τη δυνατότητα να μειωθεί περαιτέρω με τη συνεχή βελτίωση του τεχνολογικού επιπέδου στην μελλοντικός.Ως εκ τούτου, το υλικό νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης θα δείξει καλή απόδοση για δομές παθητικού φωτός όπως η φωτοσυνθετική διαδρομή, η διακλάδωση και ο μικροδακτύλιος.

Όσον αφορά την παραγωγή φωτός, μόνο το InP έχει τη δυνατότητα να εκπέμπει απευθείας φως.Επομένως, για την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων, είναι απαραίτητο να εισαχθεί η πηγή φωτός με βάση το InP στο φωτονικό ολοκληρωμένο τσιπ που βασίζεται στο LNOI με τον τρόπο συγκόλλησης οπισθοφόρων ή επιταξιακής ανάπτυξης.Όσον αφορά τη διαμόρφωση φωτός, τονίστηκε παραπάνω ότι το υλικό νιοβάτη λιθίου λεπτής μεμβράνης επιτυγχάνει ευκολότερα μεγαλύτερο εύρος ζώνης διαμόρφωσης, χαμηλότερη τάση μισού κύματος και μικρότερη απώλεια μετάδοσης από τα InP και Si.Επιπλέον, η υψηλή γραμμικότητα της ηλεκτρο-οπτικής διαμόρφωσης των υλικών νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι απαραίτητη για όλες τις εφαρμογές φωτονίων μικροκυμάτων.

Όσον αφορά την οπτική δρομολόγηση, η ηλεκτρο-οπτική απόκριση υψηλής ταχύτητας του υλικού νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης καθιστά τον οπτικό διακόπτη με βάση το LNOI ικανό για εναλλαγή οπτικής δρομολόγησης υψηλής ταχύτητας και η κατανάλωση ενέργειας μιας τέτοιας μεταγωγής υψηλής ταχύτητας είναι επίσης πολύ χαμηλή.Για την τυπική εφαρμογή της ενσωματωμένης τεχνολογίας μικροκυμάτων φωτονίων, το οπτικά ελεγχόμενο τσιπ διαμόρφωσης δέσμης έχει τη δυνατότητα μεταγωγής υψηλής ταχύτητας για να καλύψει τις ανάγκες γρήγορης σάρωσης δέσμης και τα χαρακτηριστικά της εξαιρετικά χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας είναι καλά προσαρμοσμένα στις αυστηρές απαιτήσεις μεγάλων -Κλίμακα σύστημα συστοιχίας φάσεων.Παρόλο που ο οπτικός διακόπτης με βάση το InP μπορεί επίσης να πραγματοποιήσει εναλλαγή οπτικής διαδρομής υψηλής ταχύτητας, θα δημιουργήσει μεγάλο θόρυβο, ειδικά όταν ο οπτικός διακόπτης πολλαπλών επιπέδων είναι σε καταρράκτη, ο συντελεστής θορύβου θα επιδεινωθεί σοβαρά.Τα υλικά πυριτίου, SiO2 και νιτριδίου του πυριτίου μπορούν να αλλάξουν οπτικές διαδρομές μόνο μέσω του θερμο-οπτικού εφέ ή του φαινομένου διασποράς φορέα, το οποίο έχει τα μειονεκτήματα της υψηλής κατανάλωσης ενέργειας και της αργής ταχύτητας μεταγωγής.Όταν το μέγεθος της συστοιχίας της συστοιχίας φάσεων είναι μεγάλο, δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις κατανάλωσης ενέργειας.

Όσον αφορά την οπτική ενίσχυση, τοοπτικός ενισχυτής ημιαγωγών (ΕΤΣΙ, ΕΝΑ) με βάση το InP είναι ώριμο για εμπορική χρήση, αλλά έχει τα μειονεκτήματα του υψηλού συντελεστή θορύβου και της χαμηλής ισχύος εξόδου κορεσμού, που δεν ευνοεί την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων.Η διαδικασία παραμετρικής ενίσχυσης του κυματοδηγού νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης που βασίζεται σε περιοδική ενεργοποίηση και αναστροφή μπορεί να επιτύχει οπτική ενίσχυση στο τσιπ χαμηλού θορύβου και υψηλής ισχύος, η οποία μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις της ενσωματωμένης τεχνολογίας μικροκυμάτων φωτονίων για οπτική ενίσχυση στο 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, έτσι για εφαρμογές φωτονίων μικροκυμάτων, προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες φωτοηλεκτρικής μετατροπής στο τσιπ.Οι μονάδες ανίχνευσης InGaAs ή Ge-Si πρέπει να εισαχθούν σε φωτονικά ολοκληρωμένα τσιπ που βασίζονται στο LNOI με συγκόλληση οπισθοδρόμησης ή επιταξιακή ανάπτυξη.Όσον αφορά τη σύζευξη με 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 η πιο βολική.Η διάμετρος πεδίου λειτουργίας του αυστηρά περιορισμένου κυματοδηγού του νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι περίπου 1μm, το οποίο είναι αρκετά διαφορετικό από το πεδίο λειτουργίας της οπτικής ίνας, επομένως πρέπει να πραγματοποιηθεί σωστός μετασχηματισμός σημείου λειτουργίας για να ταιριάζει με το πεδίο λειτουργίας της οπτικής ίνας.

Όσον αφορά την ολοκλήρωση, το εάν διάφορα υλικά έχουν υψηλό δυναμικό ολοκλήρωσης εξαρτάται κυρίως από την ακτίνα κάμψης του κυματοδηγού (που επηρεάζεται από τον περιορισμό του πεδίου λειτουργίας κυματοδηγού).Ο ισχυρά περιορισμένος κυματοδηγός επιτρέπει μια μικρότερη ακτίνα κάμψης, η οποία είναι πιο ευνοϊκή για την πραγματοποίηση υψηλής ολοκλήρωσης.Επομένως, οι κυματοδηγοί νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν υψηλή ενσωμάτωση.Επομένως, η εμφάνιση του νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης καθιστά δυνατό το υλικό νιοβικού λιθίου να παίζει πραγματικά το ρόλο του οπτικού «πυριτίου».Για την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων, τα πλεονεκτήματα του νιοβικού λιθίου λεπτής μεμβράνης είναι πιο εμφανή.