Bộ điều biến quang điện hiệu suất cao: bộ điều biến lithium niobate màng mỏng

Bộ điều biến điện quang hiệu suất cao:chất điều biến lithium niobate màng mỏng

Một bộ điều biến điện quang (Bộ điều biến EOM) là bộ điều biến được chế tạo dựa trên hiệu ứng quang điện của một số tinh thể quang điện, có thể chuyển đổi tín hiệu điện tử tốc độ cao trong thiết bị truyền thông thành tín hiệu quang. Khi tinh thể quang điện chịu tác động của điện trường, chiết suất của tinh thể quang điện sẽ thay đổi, và đặc tính sóng quang của tinh thể cũng thay đổi theo, từ đó thực hiện điều chế biên độ, pha và trạng thái phân cực của tín hiệu quang, đồng thời 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 niobateTrong đó, silic không có hệ số điện quang 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-dài, 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 niobat 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 bằng một, và nhờ cấu trúc mạng và cấu trúc khuyết tật phong phú của nó, nhiều tính chất của lithium niobat có thể được điều chỉnh đáng kể bằng 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: đề cập đến 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 silicon và bộ điều biến indium phosphide, sử dụng phương pháp điều biến phi tuyến tính, sử dụng hiệu ứng điện quang tuyến tính để tải tín hiệu điều biến điện lên sóng mang quang, và tốc độ điều biến chủ yếu được xác định bởi hiệu suất của điện cực vi sóng, do đó có thể đạt được tốc độ điều biến và độ 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 phạm vi ứng dụng rộng rãi trong các mạng truyền thông quang học kết hợp 100G/400G và trung tâm dữ liệu tốc độ cực cao, và có thể đạt khoảng cách truyền dẫn xa hơn 100 km.

Liti niobat là vật liệu đột phá của “cuộc cách mạng photon”, mặc dù có nhiều ưu điểm hơn so với silic và indi phosphide, nhưng nó thường xuất hiện dưới dạng vật liệu khối trong thiết bị, ánh sáng bị giới hạn trong ống dẫn sóng phẳng hình thành do sự khuếch tán ion hoặc trao đổi proton, chênh lệch chiết suất thường tương đối nhỏ (khoảng 0,02), kích thước thiết bị tương đối lớn. Khó đáp ứng nhu cầu thu nhỏ và tích hợp.thiết 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.