Πλεονεκτήματα και σημασία του Niobate λιθίου λεπτής μεμβράνης σε ολοκληρωμένη τεχνολογία φωτονίων μικροκυμάτων
Τεχνολογία φωτονίων μικροκυμάτωνΈχει τα πλεονεκτήματα του μεγάλου εύρους ζώνης εργασίας, της ισχυρής παράλληλης ικανότητας επεξεργασίας και της χαμηλής απώλειας μετάδοσης, η οποία έχει τη δυνατότητα να σπάσει την τεχνική συμφόρηση του παραδοσιακού συστήματος μικροκυμάτων και να βελτιώσει την απόδοση του στρατιωτικού εξοπλισμού ηλεκτρονικών πληροφοριών όπως το ραντάρ, τον ηλεκτρονικό πόλεμο, την επικοινωνία και τη μέτρηση και τον έλεγχο. Ωστόσο, το σύστημα φωτονίων μικροκυμάτων που βασίζεται σε διακριτές συσκευές έχει ορισμένα προβλήματα όπως ο μεγάλος όγκος, το βαρύ βάρος και η κακή σταθερότητα, γεγονός που περιορίζει σοβαρά την εφαρμογή της τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων σε πλατφόρμες διαστημικών και αερομεταφερόμενων. Ως εκ τούτου, η ενσωματωμένη τεχνολογία φωτονίων μικροκυμάτων γίνεται μια σημαντική υποστήριξη για την παραβίαση της εφαρμογής φωτονίων μικροκυμάτων σε στρατιωτικό ηλεκτρονικό σύστημα πληροφοριών και δίνει πλήρη παιχνίδι στα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων.
Επί του παρόντος, η τεχνολογία φωτονικής ενσωμάτωσης με βάση το SI και η τεχνολογία φωτονικής ενσωμάτωσης με βάση την INP έχουν γίνει όλο και πιο ώριμη μετά από χρόνια ανάπτυξης στον τομέα της οπτικής επικοινωνίας και πολλά προϊόντα έχουν τεθεί στην αγορά. Ωστόσο, για την εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων, υπάρχουν ορισμένα προβλήματα σε αυτά τα δύο είδη τεχνολογιών ενοποίησης φωτονίων: για παράδειγμα, ο μη γραμμικός ηλεκτρο-οπτικός συντελεστής του διαμορφωτή SI και του διαμορφωτή INP είναι αντίθετος με την υψηλή γραμμικότητα και τα μεγάλα δυναμικά χαρακτηριστικά που επιδιώκονται από την τεχνολογία των φωτονίων μικροκυμάτων. Για παράδειγμα, ο οπτικός διακόπτης πυριτίου που συνειδητοποιεί τη μεταγωγή οπτικής διαδρομής, είτε βασίζεται σε θερμική οπτική επίδραση, πιεζοηλεκτρική επίδραση ή εφαρμογές διασποράς φορέα.
Το Niobate Lithium ήταν πάντα η πρώτη επιλογή για υψηλή ταχύτηταηλεκτρο-οπτική διαμόρφωσηΥλικά λόγω της εξαιρετικής γραμμικής ηλεκτρο-οπτικής επίδρασης. Ωστόσο, το παραδοσιακό νιωβικό λίθιοηλεκτρο-οπτικός διαμορφωτήςείναι κατασκευασμένο από τεράστιο κρυστάλλινο υλικό νιβανικού λιθίου και το μέγεθος της συσκευής είναι πολύ μεγάλο, το οποίο δεν μπορεί να καλύψει τις ανάγκες της ολοκληρωμένης τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων. Πώς να ενσωματώσετε τα υλικά Niobate του λιθίου με γραμμικό ηλεκτρο-οπτικό συντελεστή στο ολοκληρωμένο σύστημα τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων έχει γίνει ο στόχος των σχετικών ερευνητών. Το 2018, μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέφερε για πρώτη φορά την τεχνολογία φωτονικής ενσωμάτωσης που βασίζεται σε νιωβικό λιθικό λεπτό φιλμ στο φύση, επειδή η τεχνολογία έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ενσωμάτωσης, των μεγάλων ηλεκτροοπτικών διαφοροποίησης και της υψηλής γραμμικότητας της ηλεκτρομαγνητικής επίδρασης, που ξεκίνησε αμέσως, προκάλεσε αμέσως την ακαδημαϊκή και βιομηχανική προσοχή στο πεδίο της φωτοζονικής ενσωμάτωσης και των μικροβίων. Από την άποψη της εφαρμογής φωτονίων μικροκυμάτων, το παρόν έγγραφο εξετάζει την επιρροή και τη σημασία της τεχνολογίας ενσωμάτωσης φωτονίων που βασίζεται στο νησί λιθίου λεπτής μεμβράνης στην ανάπτυξη της τεχνολογίας φωτονίων μικροκυμάτων.
Λιθίου λεπτό φιλμ νησί και λεπτή μεμβράνηδιαμορφωτής νιβανικού λιθίου
Τα τελευταία δύο χρόνια, έχει εμφανιστεί ένας νέος τύπος υλικού νιοβαλικού λιθίου, δηλαδή, η φιλμ νιοβαλικού λιθίου απολεπίζεται από το τεράστιο νιωβικό λιθικό κρυστάλλινο με τη μέθοδο του «τεμαχισμού ιόντων» και συνδέεται με αυτό το υλικό Si με ένα υλικό του πυριτίου για να σχηματίσει Lnoi (linbo3-insulator). Οι κυματοδηγοί της κορυφογραμμής με ύψος άνω των 100 νανόμετρων μπορούν να χαράσσονται σε υλικά Niobate λιθίου λεπτής μεμβράνης με βελτιστοποιημένη στεγνή διαδικασία χάραξης και η αποτελεσματική διαθλαστική διαφορά του δείκτη των κυματοδηγών που σχηματίζονται μπορούν να φτάσουν περισσότερο από 0,8 (πολύ υψηλότερα από τη διαφορά διαθλαστικού δείκτη του παραδοσιακού λιθίου Niobate κυματοδηγών του 0,02), όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Σχεδιασμός του διαμορφωτή. Έτσι, είναι ευεργετικό να επιτευχθεί χαμηλότερη τάση μισού κύματος και μεγαλύτερο εύρος ζώνης διαμόρφωσης σε μικρότερο μήκος.
Η εμφάνιση χαμηλής απώλειας λιθίου Niobate κυματοδηγός υπομικρονίου σπάει τη συμφόρηση της υψηλής τάσης οδήγησης του παραδοσιακού ηλεκτρο-οπτικού διαμορφωτή λιθίου. Η απόσταση των ηλεκτροδίων μπορεί να μειωθεί σε ~ 5 μm και η επικάλυψη μεταξύ του ηλεκτρικού πεδίου και του πεδίου οπτικού τρόπου λειτουργίας αυξάνεται σημαντικά και το Vπ · L μειώνεται από πάνω από 20 VM σε λιγότερο από 2,8 VM. Επομένως, κάτω από την ίδια τάση μισού κύματος, το μήκος της συσκευής μπορεί να μειωθεί σημαντικά σε σύγκριση με τον παραδοσιακό διαμορφωτή. Ταυτόχρονα, μετά τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων του πλάτους, του πάχους και του διαστήματος του ηλεκτροδίου του κυματοειδούς κύματος, όπως φαίνεται στο σχήμα, ο διαμορφωτής μπορεί να έχει την ικανότητα του εύρους ζώνης διαμόρφωσης υψηλής διαμόρφωσης μεγαλύτερο από 100 GHz.
Εικ.
Εικ.2 (Α) Κολλική δομή και δομή ηλεκτροδίου και (Β) Πλαίσιο πυρήνα του διαμορφωτή LN
Η σύγκριση των διαμορφωτών Niobate λιθίου λεπτής μεμβράνης με παραδοσιακούς διαμορφωτές Niobate Niobate λιθίου, διαμορφωτές με βάση το πυρίτιο και διαμορφωτές φωσφιδίου ινδίου (INP) και άλλους υπάρχοντες ηλεκτρο-οπτικές διαμορφωτές υψηλής ταχύτητας, οι κύριες παραμέτρους της σύγκρισης περιλαμβάνουν:
(1) προϊόν μισού κύματος βολτ-μήκους (Vπ · l, v · cm), μετρώντας την αποτελεσματικότητα διαμόρφωσης του διαμορφωτή, τόσο μικρότερη είναι η τιμή, τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση διαμόρφωσης.
(2) 3 dB διαμόρφωση εύρους ζώνης (GHz), το οποίο μετρά την απόκριση του διαμορφωτή σε διαμόρφωση υψηλής συχνότητας.
(3) Απώλεια οπτικής εισαγωγής (DB) στην περιοχή διαμόρφωσης. Μπορεί να φανεί από τον πίνακα ότι ο διαμορφωτής Niobate του λιθίου λεπτής μεμβράνης έχει προφανή πλεονεκτήματα σε εύρος ζώνης διαμόρφωσης, τάση μισού κύματος, απώλεια οπτικής παρεμβολής και ούτω καθεξής.
Το πυρίτιο, όπως ο ακρογωνιαίος λίθος της ολοκληρωμένης οπτοηλεκτρονικής, έχει αναπτυχθεί μέχρι στιγμής, η διαδικασία είναι ώριμη, η μικροσκοπική της είναι ευνοϊκή για την ενσωμάτωση μεγάλης κλίμακας ενεργών/παθητικών συσκευών και ο διαμορφωτής της έχει μελετηθεί ευρέως και βαθιά στον τομέα της οπτικής επικοινωνίας. Ο μηχανισμός ηλεκτρο-οπτικής διαμόρφωσης του πυριτίου είναι κυρίως ο φορέας εκτόπισης, η έγχυση φορέα και η συσσώρευση φορέα. Μεταξύ αυτών, το εύρος ζώνης του διαμορφωτή είναι ο βέλτιστος με τον μηχανισμό εξάντλησης του φορέα γραμμικού βαθμού, αλλά επειδή η κατανομή του οπτικού πεδίου επικαλύπτεται με την μη ομοιομορφία της περιοχής εξάντλησης, αυτό το αποτέλεσμα θα εισαγάγει τη μη γραμμική παραμόρφωση δεύτερης τάξης και την παραμόρφωση της παραμόρφωσης της τρίτης τάξης, σε συνδυασμό με την επίδραση απορρόφησης του φορέα στο φως, που θα οδηγήσει στην μείωση της μείωσης της οπτικής προστασίας και της ενίσχυσης της παραμόρφωσης της διαμόρφωσης και της παραμόρφωσης του σήματος.
Ο διαμορφωτής INP έχει εξαιρετικά ηλεκτρο-οπτικά αποτελέσματα και η δομή κβαντικού φρεατίου πολλαπλών στρώσεων μπορεί να πραγματοποιήσει υπερ-υψηλό ρυθμό και διαμορφωτές χαμηλής τάσης οδήγησης με Vπ · L έως 0,156V · mm. Ωστόσο, η μεταβολή του δείκτη διάθλασης με το ηλεκτρικό πεδίο περιλαμβάνει γραμμικούς και μη γραμμικούς όρους και η αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου θα καταστήσει το αποτέλεσμα της δεύτερης τάξης εμφανής. Επομένως, οι ηλεκτρο-οπτικοί διαμορφωτές πυριτίου και εσωτερικού χώρου πρέπει να εφαρμόσουν μεροληψία για να σχηματίσουν διασταύρωση PN όταν λειτουργούν και η διασταύρωση PN θα φέρει στο φως απώλεια απορρόφησης. Ωστόσο, το μέγεθος του διαμορφωτή αυτών των δύο είναι μικρό, το εμπορικό μέγεθος διαμορφωτή INP είναι 1/4 του διαμορφωτή LN. Υψηλή αποτελεσματικότητα διαμόρφωσης, κατάλληλη για δίκτυα ψηφιακών οπτικών μεταφοράς υψηλής πυκνότητας και μικρής απόστασης, όπως κέντρα δεδομένων. Η ηλεκτρο-οπτική επίδραση του νιβανικού λιθίου δεν έχει μηχανισμό απορρόφησης φωτός και χαμηλή απώλεια, η οποία είναι κατάλληλη για μεγάλες αποστάσεις συνεπήςοπτική επικοινωνίαμε μεγάλη χωρητικότητα και υψηλό ποσοστό. Στην εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων, οι ηλεκτρο-οπτικοί συντελεστές του SI και του INP είναι μη γραμμικοί, οι οποίοι δεν είναι κατάλληλοι για το σύστημα φωτονίων μικροκυμάτων που επιδιώκει υψηλή γραμμικότητα και μεγάλη δυναμική. Το υλικό Niobate λιθίου είναι πολύ κατάλληλο για εφαρμογή φωτονίων μικροκυμάτων λόγω του εντελώς γραμμικού συντελεστή ηλεκτρο-οπτικής διαμόρφωσης.
Χρόνος δημοσίευσης: Απριλίου-22-2024