Vantaġġi u sinifikat ta 'film irqiq tal-litju niobate fit-teknoloġija integrata tal-fotoni microwave
Teknoloġija tal-fotoni tal-majkrowejvGħandha l-vantaġġi ta 'wisa' tal-frekwenza kbira li taħdem, kapaċità qawwija ta 'proċessar paralleli u telf ta' trasmissjoni baxxa, li għandu l-potenzjal li jikser il-konġestjoni teknika tas-sistema tradizzjonali tal-majkrowejv u jtejjeb il-prestazzjoni ta 'tagħmir ta' informazzjoni elettronika militari bħal radar, gwerra elettronika, komunikazzjoni, komunikazzjoni u kejl u kontroll. Madankollu, is-sistema tal-fotoni tal-majkrowejv ibbażata fuq apparat diskret għandha xi problemi bħal volum kbir, piż tqil u stabbiltà ħażina, li tillimita serjament l-applikazzjoni tat-teknoloġija tal-fotoni microwave fil-pjattaformi spazjali u fl-ajru. Għalhekk, it-teknoloġija integrata tal-fotoni tal-majkrowejv qed issir appoġġ importanti biex tkisser l-applikazzjoni ta 'foton microwave fis-sistema ta' informazzjoni elettronika militari u tagħti logħob sħiħ lill-vantaġġi tat-teknoloġija tal-fotoni tal-majkrowejv.
Fil-preżent, it-teknoloġija tal-integrazzjoni fotonika bbażata fuq is-SI u t-teknoloġija tal-integrazzjoni fotonika bbażata fuq l-INP saru dejjem aktar maturi wara snin ta 'żvilupp fil-qasam tal-komunikazzjoni ottika, u ħafna prodotti tqiegħdu fis-suq. Madankollu, għall-applikazzjoni tal-foton tal-majkrowejv, hemm xi problemi f'dawn iż-żewġ tipi ta 'teknoloġiji ta' integrazzjoni ta 'fotoni: pereżempju, il-koeffiċjent elettro-ottiku mhux lineari tal-modulatur SI u l-modulatur INP huwa kuntrarju għall-linearità għolja u karatteristiċi dinamiċi kbar segwiti mit-teknoloġija tal-fotoni microwave; Pereżempju, l-iswiċċ ottiku tas-silikon li jirrealizza l-bidla tal-passaġġ ottiku, kemm jekk ibbażat fuq effett termiku-ottiku, effett pjeżoelettriku, jew effett ta 'dispersjoni ta' injezzjoni ta 'trasportatur, għandu l-problemi ta' veloċità ta 'bidla bil-mod, konsum ta' enerġija u konsum ta 'sħana, li ma jistax jissodisfa l-iskannjar ta' raġġ veloċi u applikazzjonijiet ta 'fotoni ta' majkrowejv fuq skala kbira.
Lithium niobate dejjem kienet l-ewwel għażla għal veloċità għoljaModulazzjoni elettro-ottikamaterjali minħabba l-effett elettro-ottiku lineari eċċellenti tiegħu. Madankollu, in-niobate tradizzjonali tal-litjuModulatur elettro-ottikuhuwa magħmul minn materjal tal-kristall massiv tal-litju niobate, u d-daqs tal-apparat huwa kbir ħafna, li ma jistax jissodisfa l-bżonnijiet tat-teknoloġija integrata tal-fotoni tal-majkrowejv. Kif tintegra materjali niobate tal-litju b'koeffiċjent elettro-ottiku lineari fis-sistema integrata tat-teknoloġija tal-fotoni tal-majkrowejv sar l-għan tar-riċerkaturi rilevanti. Fl-2018, tim ta 'riċerka mill-Università ta' Harvard fl-Istati Uniti l-ewwel irrapporta t-teknoloġija tal-integrazzjoni fotonika bbażata fuq il-film irqiq tal-litju niobate fin-natura, minħabba li t-teknoloġija għandha l-vantaġġi ta 'integrazzjoni għolja, bandwidth ta' modulazzjoni elettro-ottika kbira, u linearità għolja ta 'effett elettro-ottiku, ladarba titnieda, immedjatament ikkawżat l-attenzjoni akkademika u l-attenzjoni industrijali fil-qasam ta' integrazzjoni fotonika u l-fotoniċi tal-Mikrowiv. Mill-perspettiva tal-applikazzjoni tal-fotoni tal-majkrowejv, dan id-dokument jirrevedi l-influwenza u s-sinifikat tat-teknoloġija tal-integrazzjoni tal-fotoni bbażati fuq film irqiq tal-litju niobate fuq l-iżvilupp tat-teknoloġija tal-fotoni tal-majkrowejv.
Film irqiq tal-litju niobate materjal u film irqiqmodulatur tal-litju niobate
Fis-sentejn reċenti, ħareġ tip ġdid ta 'materjal niobate tal-litju, jiġifieri, il-film tal-litju niobate huwa esfoljat mill-kristall massiv tal-litju niobate bil-metodu ta' "tqattigħ tal-joni" u marbut mal-wejfer Si b'saff ta 'buffer tas-silika biex jifforma LNOI (Linbo3-on-insulatur). karta. Ridge Waveguides b'għoli ta 'aktar minn 100 nanometru jistgħu jiġu nċiżi fuq materjali ta' niobate tal-litju tal-film irqiq permezz ta 'proċess ta' inċiżjoni niexfa ottimizzati, u d-differenza effettiva ta 'indiċi ta' refrattiv tal-gwidi tal-mewġ iffurmati tista 'tilħaq aktar minn 0.8 (ferm ogħla mid-differenza ta' indiċi refrattiv ta 'l-indiċi ta' l-indiċi tradizzjonali ta '0.02), kif muri fil-Figura 1. bil-kamp tal-majkrowejv meta tfassal il-modulatur. Għalhekk, huwa ta 'benefiċċju li tinkiseb vultaġġ ta' nofs mewġa aktar baxxa u wisa 'tal-frekwenza ta' modulazzjoni akbar f'tul iqsar.
Id-dehra ta 'telf baxx ta' linji ta 'submicron waveguide tkisser il-konġestjoni ta' vultaġġ ta 'sewqan għoli ta' 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-mod ottiku 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 mewġa, it-tul tal-apparat jista' jitnaqqas ħafna meta mqabbel mal-modulatur tradizzjonali. Fl-istess ħin, wara l-ottimizzazzjoni tal-parametri tal-wisa ', il-ħxuna u l-intervall ta' l-elettrodu tal-mewġ li jivvjaġġa, kif muri fil-figura, il-modulatur jista 'jkollu l-abbiltà ta' wisa 'ta' modulazzjoni ultra-għolja akbar minn 100 GHz.
Fig.1 （A） Distribuzzjoni tal-modalità kkalkulata u （B） Immaġni tas-sezzjoni trasversali ta 'Ln WaveGuide
Fig.2 （A） WaveGuide u Struttura tal-Elettrodi u （B） CorePlate tal-Modulatur LN
Il-paragun tal-modulaturi tal-film irqiq tal-litju niobate ma 'modulaturi kummerċjali tradizzjonali tal-litju niobate, modulaturi bbażati fuq is-silikon u modulaturi tal-fosfid tal-indju (INP) u modulaturi elettro-ottiċi oħra eżistenti ta' veloċità għolja, il-parametri ewlenin tal-paragun jinkludu:
(1) prodott ta 'nofs il-mewġ ta' volt (Vπ · L, v · cm), li jkejjel l-effiċjenza tal-modulazzjoni tal-modulatur, iktar ikun żgħir il-valur, iktar ikun għoli l-effiċjenza tal-modulazzjoni;
(2) wisa 'ta' frekwenza ta 'modulazzjoni ta' 3 dB (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 tan-niobate tal-film irqiq għandu vantaġġi ovvji fil-wisa' tal-frekwenza tal-modulazzjoni, vultaġġ ta 'nofs mewġa, telf ta' interpolazzjoni ottika u l-bqija.
Is-silikon, bħala l-pedament ta 'optoelectronics integrati, ġie żviluppat s'issa, il-proċess huwa matur, il-minjaturizzazzjoni tagħha twassal għall-integrazzjoni fuq skala kbira ta' apparat attiv / passiv, u l-modulatur tiegħu ġie studjat b'mod wiesa 'u profond fil-qasam tal-komunikazzjoni ottika. Il-mekkaniżmu ta 'modulazzjoni elettro-ottika tas-silikon huwa prinċipalment it-tnaqqis tal-ġarr, injezzjoni ta' trasportatur u akkumulazzjoni ta 'trasportatur. Fost dawn, il-wisa 'tal-frekwenza tal-modulatur huwa ottimali bil-mekkaniżmu ta' tnaqqis tal-grad lineari, iżda minħabba li d-distribuzzjoni tal-kamp ottiku tirkeb fuq in-nuqqas ta 'uniformità tar-reġjun ta' tnaqqis, dan l-effett se jintroduċi distorsjoni tat-tieni ordni mhux lineari u distorsjoni ta 'intermodulazzjoni tat-tielet ordni, akkoppjat ma' l-effett ta 'assorbitur fuq it-trasportatur fuq id-dawl, li jwassal għat-tnaqqis tad-dawl, li jwassal għat-tnaqqis ta' l-amplitudni ottika.
Il-modulatur INP għandu effetti elettro-ottiċi pendenti, u l-istruttura tal-bir quantum b'ħafna saffi tista 'tirrealizza rata ultra-għolja u modulaturi ta' vultaġġ ta 'sewqan baxx b'V Vπ · L sa 0.156V · mm. Madankollu, il-varjazzjoni ta 'indiċi ta' rifrazzjoni b'qasam elettriku tinkludi termini lineari u mhux lineari, u ż-żieda fl-intensità tal-kamp elettriku tagħmel l-effett tat-tieni ordni prominenti. Għalhekk, il-modulaturi elettro-ottiċi tas-silikon u l-INP għandhom bżonn japplikaw preġudizzju biex jiffurmaw il-junction PN meta jaħdmu, u l-junction PN 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 b'densità għolja u distanza qasira bħal ċentri tad-dejta. L-effett elettro-ottiku tan-niobate tal-litju m'għandux mekkaniżmu ta 'assorbiment tad-dawl u telf baxx, li huwa adattat għal distanza twila koerentiKomunikazzjoni ottikab'kapaċità kbira u rata għolja. Fl-applikazzjoni tal-fotoni tal-majkrowejv, il-koeffiċjenti elettro-ottiċi ta 'Si u INP huma mhux lineari, li mhix adatta għas-sistema tal-fotoni microwave 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 ta 'wara: April-22-2024