Một trong những đặc tính quan trọng nhất của bộ điều biến quang là tốc độ điều biến hoặc băng thông của nó, phải nhanh ít nhất bằng tốc độ của các thiết bị điện tử hiện có. Các bóng bán dẫn có tần số chuyển tiếp vượt quá 100 GHz đã được chứng minh trong công nghệ silicon 90 nm, và tốc độ sẽ tiếp tục tăng khi kích thước đặc trưng tối thiểu được giảm [1]. Tuy nhiên, băng thông của các bộ điều biến dựa trên silicon hiện nay bị hạn chế. Silicon không có tính phi tuyến χ(2) do cấu trúc tinh thể đối xứng tâm của nó. Việc sử dụng silicon biến dạng đã dẫn đến những kết quả thú vị [2], nhưng tính phi tuyến vẫn chưa cho phép tạo ra các thiết bị thực tế. Do đó, các bộ điều biến quang tử silicon hiện đại vẫn dựa vào sự phân tán của các hạt tải tự do trong các mối nối pn hoặc pin [3–5]. Các mối nối phân cực thuận đã được chứng minh là có tích điện áp-chiều dài thấp tới VπL = 0,36 V mm, nhưng tốc độ điều biến bị hạn chế bởi động lực học của các hạt tải thiểu số. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu 10 Gbit/s đã được tạo ra nhờ sự tăng cường trước của tín hiệu điện [4]. Bằng cách sử dụng các mối nối phân cực ngược, băng thông đã được tăng lên khoảng 30 GHz [5,6], nhưng tích điện áp chiều dài tăng lên VπL = 40 V mm. Thật không may, các bộ điều biến pha hiệu ứng plasma như vậy cũng tạo ra sự điều biến cường độ không mong muốn [7] và chúng phản ứng phi tuyến tính với điện áp đặt vào. Tuy nhiên, các định dạng điều chế tiên tiến như QAM yêu cầu phản ứng tuyến tính và điều biến pha thuần túy, khiến việc khai thác hiệu ứng điện quang (hiệu ứng Pockels [8]) trở nên đặc biệt mong muốn.
2. Phương pháp SOH
Gần đây, phương pháp lai silicon-hữu cơ (SOH) đã được đề xuất [9–12]. Một ví dụ về bộ điều biến SOH được thể hiện trong Hình 1(a). Nó bao gồm một ống dẫn sóng khe hẹp dẫn trường quang học và hai dải silicon kết nối điện ống dẫn sóng quang học với các điện cực kim loại. Các điện cực được đặt bên ngoài trường mode quang học để tránh tổn thất quang học [13], Hình 1(b). Thiết bị được phủ một lớp vật liệu hữu cơ điện quang lấp đầy khe hẹp một cách đồng đều. Điện áp điều biến được truyền bởi ống dẫn sóng điện kim loại và giảm dần qua khe hẹp nhờ các dải silicon dẫn điện. Trường điện tạo ra sau đó làm thay đổi chỉ số khúc xạ trong khe hẹp thông qua hiệu ứng điện quang siêu nhanh. Vì khe hẹp có chiều rộng khoảng 100 nm, chỉ cần vài vôn là đủ để tạo ra các trường điều biến rất mạnh, có độ lớn tương đương với độ bền điện môi của hầu hết các vật liệu. Cấu trúc này có hiệu suất điều chế cao vì cả trường điều chế và trường quang học đều được tập trung bên trong khe, Hình 1(b) [14]. Thực tế, các triển khai đầu tiên của bộ điều chế SOH với hoạt động dưới điện áp [11] đã được chứng minh và điều chế hình sin lên đến 40 GHz đã được chứng minh [15,16]. Tuy nhiên, thách thức trong việc xây dựng bộ điều chế SOH tốc độ cao điện áp thấp là tạo ra một dải kết nối có độ dẫn điện cao. Trong một mạch tương đương, khe có thể được biểu diễn bằng một tụ điện C và các dải dẫn điện bằng các điện trở R, Hình 1(b). Hằng số thời gian RC tương ứng xác định băng thông của thiết bị [10,14,17,18]. Để giảm điện trở R, người ta đã đề xuất pha tạp các dải silicon [10,14]. Mặc dù việc pha tạp làm tăng độ dẫn điện của các dải silicon (và do đó làm tăng tổn thất quang học), nhưng người ta phải trả thêm một khoản tổn thất khác vì độ linh động của electron bị suy giảm do tán xạ tạp chất [10,14,19]. Hơn nữa, các nỗ lực chế tạo gần đây nhất cho thấy độ dẫn điện thấp một cách bất ngờ.
Công ty TNHH Quang điện tử Bắc Kinh Rofea, tọa lạc tại “Thung lũng Silicon” của Trung Quốc – Bắc Kinh Zhongguancun, là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên phục vụ các viện nghiên cứu, trường đại học và cán bộ nghiên cứu khoa học trong và ngoài nước. Công ty chúng tôi chủ yếu hoạt động trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển độc lập, thiết kế, sản xuất, kinh doanh các sản phẩm quang điện tử, đồng thời cung cấp các giải pháp sáng tạo và dịch vụ chuyên nghiệp, cá nhân hóa cho các nhà nghiên cứu khoa học và kỹ sư công nghiệp. Sau nhiều năm đổi mới độc lập, công ty đã hình thành một loạt sản phẩm quang điện tử phong phú và hoàn thiện, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như đô thị, quân sự, giao thông vận tải, điện lực, tài chính, giáo dục, y tế và nhiều ngành khác.
Chúng tôi rất mong được hợp tác với bạn!
Thời gian đăng bài: 29/03/2023