Bộ điều biến điện quang hiệu suất cao: bộ điều biến niobat lithi màng mỏng

Bộ điều biến điện quang hiệu suất cao:bộ điều biến niobat lithi màng mỏng

Bộ điều biến điện quang (bộ điều biến EOM(Bộ điều biến) là một thiết bị được chế tạo bằng cách sử dụng hiệu ứng điện quang của một số tinh thể điện quang nhất định, có thể chuyển đổi các tín hiệu điện tử tốc độ cao trong các thiết bị truyền thông thành tín hiệu quang. Khi tinh thể điện quang chịu tác động của điện trường, chiết suất của tinh thể điện quang sẽ thay đổi, và các đặc tính sóng quang của tinh thể cũng sẽ thay đổi tương ứng, để thực hiện điều biến 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 quá trình điều biến.

Hiện nay, có ba loại chínhbộ điều biến điện quangTrên thị trường hiện có: bộ điều biến dựa trên silicon, bộ điều biến indium phosphide và màng mỏng.chất điều biến niobat lithiTrong số đó, silicon không có hệ số điện quang trực tiếp, hiệu năng chung hơn, chỉ thích hợp cho việc sản xuất bộ điều biến mô-đun thu phát truyền dữ liệu tầm ngắn, trong khi indium phosphide tuy thích hợp cho mô-đun thu phát mạng truyền thông quang tầm trung và tầm xa, nhưng yêu cầu về quy trình tích hợp cực kỳ cao, chi phí tương đối cao, ứng dụng bị hạn chế nhất định. Ngược lại, tinh thể niobat lithi không chỉ giàu hiệu ứng quang điện, tích hợp hiệu ứng quang chiết, hiệu ứng phi tuyến, hiệu ứng điện quang, hiệu ứng âm quang, hiệu ứng áp điện và hiệu ứng nhiệt điện, mà nhờ cấu trúc mạng tinh thể và cấu trúc khuyết tật phong phú, nhiều đặc tính của niobat lithi 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 điện quang lên đến 30,9 pm/V, cao hơn đáng kể so với photphua indi, 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), tỷ lệ triệt tiêu tốt (tỷ lệ công suất trung bình của trạng thái “bật” và trạng thái “tắt” của tín hiệu), và độ ổn định thiết bị vượt trội. Ngoài ra, cơ chế hoạt động của bộ điều biến niobat lithi màng mỏng khác với bộ điều biến dựa trên silicon và bộ điều biến photphua indi sử dụng phương pháp điều biến phi tuyến, mà 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 và độ tuyến tính điều biến cao hơn cũng như tiêu thụ điện năng thấp hơn. Dựa trên những điều trên, niobat lithi đã trở thành lựa chọn lý tưởng để chế tạo các bộ điều biến điện quang hiệu suất cao, có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong mạng truyền thông quang học đồng bộ 100G/400G và các trung tâm dữ liệu tốc độ cực cao, và có thể đạt được khoảng cách truyền dẫn xa hơn 100 km.

Niobat lithi, một vật liệu mang tính đột phá của "cuộc cách mạng photon", mặc dù có nhiều ưu điểm hơn so với silic và indi photphua, nhưng 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. Điều này gây khó khăn trong việc 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 còn có vấn đề về chi phí cao, vì vậy việc tạo màng mỏng là một hướng phát triển quan trọng đối với lithium niobate được sử dụng trong bộ điều biến điện quang.