Vantaġġi u sinifikat tan-nijobat tal-litju tal-film irqiq fit-teknoloġija integrata tal-foton microwave
Teknoloġija photon microwavegħandu l-vantaġġi ta 'bandwidth tax-xogħol kbir, kapaċità qawwija ta' pproċessar parallel u telf ta 'trażmissjoni baxx, li għandu l-potenzjal li jkisser il-konġestjoni teknika tas-sistema microwave tradizzjonali u jtejjeb il-prestazzjoni ta' tagħmir ta 'informazzjoni elettronika militari bħal radar, gwerra elettronika, komunikazzjoni u kejl u kontroll. Madankollu, is-sistema microwave photon ibbażata fuq apparati diskreti għandha xi problemi bħal volum kbir, piż tqil u stabbiltà fqira, li jirrestrinġu serjament l-applikazzjoni tat-teknoloġija microwave photon fil-pjattaformi fl-ispazju u fl-ajru. Għalhekk, it-teknoloġija tal-foton microwave integrata qed issir appoġġ importanti biex tkisser l-applikazzjoni tal-foton microwave f'sistema ta 'informazzjoni elettronika militari u tagħti rwol sħiħ lill-vantaġġi tat-teknoloġija tal-foton microwave.
Fil-preżent, it-teknoloġija ta 'integrazzjoni fotonika bbażata fuq SI u t-teknoloġija ta' integrazzjoni fotonika bbażata fuq INP saru aktar u aktar maturi wara snin ta 'żvilupp fil-qasam tal-komunikazzjoni ottika, u ħafna prodotti tqiegħdu fis-suq. Madankollu, għall-applikazzjoni ta 'foton microwave, hemm xi problemi f'dawn iż-żewġ tipi ta' teknoloġiji ta 'integrazzjoni fotoni: pereżempju, il-koeffiċjent elettro-ottiku mhux lineari ta' modulatur Si u modulatur InP huwa kuntrarju għal-linearità għolja u karatteristiċi dinamiċi kbar segwiti minn microwave teknoloġija fotoni; Pereżempju, is-swiċċ ottiku tas-silikon li jirrealizza l-bdil tal-passaġġ ottiku, kemm jekk ibbażat fuq effett termali-ottiku, effett pjeżoelettriku, jew effett ta 'dispersjoni tal-injezzjoni tal-ġarrier, għandu l-problemi ta' veloċità ta 'swiċċjar bil-mod, konsum tal-enerġija u konsum tas-sħana, li ma jistgħux jilħqu l-veloċi scanning tar-raġġ u applikazzjonijiet ta 'fotoni microwave fuq skala kbira.
Niobate tal-litju dejjem kien l-ewwel għażla għal veloċità għoljamodulazzjoni elettro-ottikamaterjali minħabba l-effett elettro-ottiku lineari eċċellenti tiegħu. Madankollu, il-litju niobate tradizzjonalimodulatur elettro-ottikuhija magħmula minn materjal massiv tal-kristall tal-litju niobate, u d-daqs tal-apparat huwa kbir ħafna, li ma jistax jissodisfa l-ħtiġijiet tat-teknoloġija integrata tal-foton microwave. Kif tintegra materjali niobate tal-litju b'koeffiċjent elettro-ottiku lineari fis-sistema integrata tat-teknoloġija microwave photon saret l-għan tar-riċerkaturi rilevanti. Fl-2018, tim ta 'riċerka mill-Università ta' Harvard fl-Istati Uniti l-ewwel irrapporta t-teknoloġija ta 'integrazzjoni fotonika bbażata fuq niobate tal-litju tal-film irqiq fin-Natura, minħabba li t-teknoloġija għandha l-vantaġġi ta' integrazzjoni għolja, bandwidth ta 'modulazzjoni elettro-ottika kbira, u linearità għolja ta' elettro -effett ottiku, ladarba mnedija, immedjatament ikkawża l-attenzjoni akkademika u industrijali fil-qasam tal-integrazzjoni fotonika u l-fotonika microwave. Mill-perspettiva tal-applikazzjoni tal-foton microwave, dan id-dokument jirrevedi l-influwenza u s-sinifikat tat-teknoloġija tal-integrazzjoni tal-foton ibbażata fuq niobate tal-litju tal-film irqiq fuq l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-foton microwave.
Materjal tan-nijobat tal-litju tal-film irqiq u film irqiqmodulatur tan-nijobat tal-litju
F'dawn l-aħħar sentejn, ħareġ tip ġdid ta 'materjal tal-litju niobate, jiġifieri, il-film tan-nijobat tal-litju jitqaxxar mill-kristall massiv tan-nijobat tal-litju bil-metodu ta' "tqattigħ tal-jone" u magħqud mal-wejfer Si b'saff buffer tas-silika biex jiffurmaw materjal LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], li jissejjaħ materjal ta 'nijobat tal-litju tal-film irqiq f'dan id-dokument. Ridge waveguides b'għoli ta 'aktar minn 100 nanometru jistgħu jiġu nċiżi fuq materjali niobate tal-litju b'film irqiq permezz ta' proċess ta 'inċiżjoni niexfa ottimizzat, u d-differenza effettiva tal-indiċi refrattiv tal-waveguides iffurmati tista' tilħaq aktar minn 0.8 (ħafna ogħla mid-differenza tal-indiċi refrattiv ta 'tradizzjonali lithium niobate waveguides ta '0.02), kif muri fil-Figura 1. Il-waveguide ristrett b'mod qawwi jagħmilha aktar faċli biex tqabbel il-kamp tad-dawl mal-kamp tal-microwave meta tiddisinja l-modulatur. Għalhekk, huwa ta 'benefiċċju li jinkiseb vultaġġ ta' nofs mewġ aktar baxx u bandwidth ta 'modulazzjoni akbar f'tul iqsar.
Id-dehra ta 'waveguide submicron niobate tal-litju b'telf baxx tkisser il-konġestjoni tal-vultaġġ għoli tas-sewqan tal-modulatur elettro-ottiku tradizzjonali tal-litju niobate. L-ispazjar tal-elettrodi jista 'jitnaqqas għal ~ 5 μm, u l-koinċidenza bejn il-kamp elettriku u l-kamp tal-modalità ottika tiżdied ħafna, u l-vπ ·L jonqos minn aktar minn 20 V·cm għal inqas minn 2.8 V·cm. Għalhekk, taħt l-istess vultaġġ ta 'nofs mewġ, it-tul tal-apparat jista' jitnaqqas ħafna meta mqabbel mal-modulatur tradizzjonali. Fl-istess ħin, wara li jottimizzaw il-parametri tal-wisa ', ħxuna u intervall ta' l-elettrodu tal-mewġ li jivvjaġġa, kif muri fil-figura, il-modulatur jista 'jkollu l-abbiltà ta' bandwidth ta 'modulazzjoni ultra-għoli akbar minn 100 GHz.
Fig.1 （a） distribuzzjoni tal-mod ikkalkulat u （b） immaġni tas-sezzjoni trasversali tal-gwida tal-mewġ LN
Fig.2 （a） Waveguide u struttura ta 'elettrodu u (b) coreplate ta' modulatur LN
It-tqabbil tal-modulaturi tal-litju niobate tal-film irqiq ma 'modulaturi kummerċjali tradizzjonali tal-litju niobate, modulaturi bbażati fuq is-silikon u modulaturi tal-fosfid tal-indju (InP) u modulaturi elettro-ottiċi ta' veloċità għolja eżistenti oħra, il-parametri ewlenin tal-paragun jinkludu:
(1) Prodott b'tul ta 'volt ta' nofs mewġ (vπ ·L, V·cm), li jkejjel l-effiċjenza tal-modulazzjoni tal-modulatur, iżgħar ikun il-valur, iktar tkun għolja l-effiċjenza tal-modulazzjoni;
(2) 3 dB bandwidth ta 'modulazzjoni (GHz), li tkejjel ir-rispons tal-modulatur għal modulazzjoni ta' frekwenza għolja;
(3) Telf ta 'inserzjoni ottika (dB) fir-reġjun tal-modulazzjoni. Jista 'jidher mit-tabella li l-modulatur ta' niobate tal-litju tal-film irqiq għandu vantaġġi ovvji fil-bandwidth ta 'modulazzjoni, vultaġġ ta' nofs mewġ, telf ta 'interpolazzjoni ottika u l-bqija.
Is-silikon, bħala l-pedament tal-optoelettronika integrata, ġie żviluppat s'issa, il-proċess huwa matur, il-minjaturizzazzjoni tiegħu twassal għall-integrazzjoni fuq skala kbira ta 'apparati attivi/passivi, u l-modulatur tiegħu ġie studjat b'mod wiesa' u profondament fil-qasam tal-ottika komunikazzjoni. Il-mekkaniżmu ta 'modulazzjoni elettro-ottika tas-silikon huwa prinċipalment trasportatur depling-tion, injezzjoni trasportatur u akkumulazzjoni trasportatur. Fost dawn, il-bandwidth tal-modulatur huwa ottimali bil-mekkaniżmu ta 'tnaqqis tal-ġarriera ta' grad lineari, iżda minħabba li d-distribuzzjoni tal-kamp ottiku tikkoinċidi man-nuqqas ta 'uniformità tar-reġjun tat-tnaqqis, dan l-effett se jintroduċi distorsjoni mhux lineari tat-tieni ordni u distorsjoni tal-intermodulazzjoni tat-tielet ordni. termini, flimkien ma 'l-effett ta' assorbiment tat-trasportatur fuq id-dawl, li se jwassal għat-tnaqqis tal-amplitudni tal-modulazzjoni ottika u d-distorsjoni tas-sinjal.
Il-modulatur InP għandu effetti elettro-ottiċi pendenti, u l-istruttura tal-kwantum b'ħafna saffi tista 'tirrealizza modulaturi ta' vultaġġ ultra-għoli u ta 'sewqan baxx b'Vπ·L sa 0.156V · mm. Madankollu, il-varjazzjoni tal-indiċi refrattiv bil-kamp elettriku tinkludi termini lineari u mhux lineari, u ż-żieda tal-intensità tal-kamp elettriku se tagħmel l-effett tat-tieni ordni prominenti. Għalhekk, modulaturi elettro-ottiċi tas-silikon u InP jeħtieġ li japplikaw bias biex jiffurmaw pn junction meta jaħdmu, u pn junction se jġib telf ta 'assorbiment għad-dawl. Madankollu, id-daqs tal-modulatur ta 'dawn it-tnejn huwa żgħir, id-daqs kummerċjali tal-modulatur InP huwa 1/4 tal-modulatur LN. Effiċjenza ta 'modulazzjoni għolja, adattata għal netwerks ta' trasmissjoni ottika diġitali ta 'densità għolja u distanza qasira bħal ċentri tad-dejta. L-effett elettro-ottiku tan-niobat tal-litju m'għandux mekkaniżmu ta 'assorbiment tad-dawl u telf baxx, li huwa adattat għal koerenti fuq distanza twilakomunikazzjoni ottikab'kapaċità kbira u rata għolja. Fl-applikazzjoni microwave photon, il-koeffiċjenti elettro-ottiċi ta 'Si u InP mhumiex lineari, li mhix adattata għas-sistema microwave photon li ssegwi linearità għolja u dinamika kbira. Il-materjal niobate tal-litju huwa adattat ħafna għall-applikazzjoni tal-foton microwave minħabba l-koeffiċjent ta 'modulazzjoni elettro-ottika kompletament lineari tiegħu.
Ħin tal-post: Apr-22-2024