Bộ điều biến điện quang hiệu suất cao:chất điều chế lithium niobate màng mỏng
Một bộ điều biến điện quang (Bộ điều biến EOM) là một bộ điều biến được tạo ra bằng cách sử dụng hiệu ứng quang điện của một số tinh thể quang điện, có thể chuyển đổi tín hiệu điện tử tốc độ cao trong các thiết bị truyền thông thành tín hiệu quang. Khi tinh thể quang điện chịu tác động của một trường điện áp dụng, chiết suất của tinh thể quang điện sẽ thay đổi, và các đặc tính sóng quang của tinh thể cũng sẽ thay đổi theo, để thực hiện điều chế biên độ, pha và trạng thái phân cực của tín hiệu quang, và chuyển đổi tín hiệu điện tử tốc độ cao trong thiết bị truyền thông thành tín hiệu quang thông qua điều chế.
Hiện nay có ba loại chínhbộ điều biến điện quangtrên thị trường: chất điều biến gốc silicon, chất điều biến indium phosphide và màng mỏngchất điều chế lithium niobate. Trong đó, silic không có hệ số quang điện trực tiếp, hiệu suất tổng quát hơn, chỉ thích hợp để sản xuất bộ điều biến mô-đun thu phát truyền dữ liệu khoảng cách ngắn, indium phosphide mặc dù thích hợp để sản xuất mô-đun thu phát mạng truyền thông quang khoảng cách trung bình-xa, nhưng yêu cầu về quy trình tích hợp cực kỳ cao, chi phí tương đối cao, ứng dụng phải chịu một số hạn chế nhất định. Ngược lại, tinh thể lithium niobate không chỉ giàu hiệu ứng quang điện, hiệu ứng quang khúc xạ tập hợp, hiệu ứng phi tuyến tính, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng quang âm thanh, hiệu ứng áp điện và hiệu ứng nhiệt điện đều bằng một, và nhờ cấu trúc mạng tinh thể và cấu trúc khuyết tật phong phú của nó, nhiều tính chất của lithium niobate có thể được điều chỉnh đáng kể bởi thành phần tinh thể, pha tạp nguyên tố, kiểm soát trạng thái hóa trị, v.v. Đạt được hiệu suất quang điện vượt trội, chẳng hạn như hệ số quang điện lên tới 30,9pm / V, cao hơn đáng kể so với indium phosphide và có hiệu ứng chirp nhỏ (hiệu ứng chirp: chỉ hiện tượng tần số trong xung thay đổi theo thời gian trong quá trình truyền xung laser. Hiệu ứng chirp lớn hơn dẫn đến tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu thấp hơn và hiệu ứng phi tuyến tính), tỷ lệ tiêu tán tốt (tỷ lệ công suất trung bình của trạng thái "bật" của tín hiệu so với trạng thái "tắt" của nó) và độ ổn định của thiết bị vượt trội. Ngoài ra, cơ chế hoạt động của bộ điều biến lithium niobate màng mỏng khác với bộ điều biến dựa trên silicon và bộ điều biến indium phosphide sử dụng các phương pháp điều chế phi tuyến tính, sử dụng hiệu ứng điện quang tuyến tính để tải tín hiệu điều chế điện lên sóng mang quang và tốc độ điều chế chủ yếu được xác định bởi hiệu suất của điện cực vi sóng, do đó có thể đạt được tốc độ điều chế và tính tuyến tính cao hơn cũng như mức tiêu thụ điện năng thấp hơn. Dựa trên những điều trên, lithium niobate đã trở thành lựa chọn lý tưởng để chế tạo bộ điều biến điện quang hiệu suất cao, có nhiều ứng dụng trong mạng truyền thông quang học kết hợp 100G/400G và trung tâm dữ liệu tốc độ cực cao, có thể đạt được khoảng cách truyền xa hơn 100 km.
Lithium niobate là vật liệu phá hoại của “cuộc cách mạng photon”, mặc dù so với silicon và indium phosphide có nhiều ưu điểm, nhưng nó thường xuất hiện dưới dạng vật liệu khối trong thiết bị, ánh sáng bị giới hạn trong ống dẫn sóng phẳng được hình thành bởi sự khuếch tán ion hoặc trao đổi proton, sự khác biệt về chiết suất thường tương đối nhỏ (khoảng 0,02), kích thước thiết bị tương đối lớn. Khó đáp ứng được nhu cầu thu nhỏ và tích hợpthiết bị quang họcvà dây chuyền sản xuất của nó vẫn khác với dây chuyền xử lý vi điện tử thực tế và có vấn đề về chi phí cao, do đó, việc hình thành màng mỏng là hướng phát triển quan trọng đối với lithium niobat được sử dụng trong bộ điều biến quang điện.
Thời gian đăng: 24-12-2024