Bộ điều chế quang điện lithium màng mỏng tích hợp cao hơn

Tuyến tính caoBộ điều biến quang điệnvà ứng dụng photon lò vi sóng
Với các yêu cầu ngày càng tăng của các hệ thống truyền thông, để cải thiện hơn nữa hiệu quả truyền của tín hiệu, mọi người sẽ hợp nhất các photon và electron để đạt được lợi thế bổ sung và quang tử vi sóng sẽ được sinh ra. Bộ điều biến quang điện là cần thiết để chuyển đổi điện thành ánh sáng trongHệ thống quang tử vi sóngvà bước quan trọng này thường xác định hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Vì việc chuyển đổi tín hiệu tần số radio thành miền quang là một quá trình tín hiệu tương tự và thông thườngBộ điều biến quang điệnCó tính phi tuyến vốn có, có biến dạng tín hiệu nghiêm trọng trong quá trình chuyển đổi. Để đạt được điều chế tuyến tính gần đúng, điểm hoạt động của bộ điều biến thường được cố định tại điểm thiên vị trực giao, nhưng nó vẫn không thể đáp ứng các yêu cầu của liên kết photon vi sóng cho tính tuyến tính của bộ điều biến. Các bộ điều biến quang điện có độ tuyến tính cao là rất cần thiết.

Điều chế chỉ số khúc xạ tốc độ cao của vật liệu silicon thường đạt được bằng hiệu ứng phân tán plasma của chất mang tự do (FCD). Cả hai hiệu ứng FCD và điều chế điểm số PN đều là phi tuyến, làm cho bộ điều biến silicon ít tuyến tính hơn so với bộ điều chế niobate lithium. Vật liệu lithium niobate triển lãm tuyệt vờiĐiều chế quang điệntài sản do hiệu ứng pucker của họ. Đồng thời, vật liệu lithium niobate có lợi thế của băng thông lớn, đặc điểm điều chế tốt, tổn thất thấp, tích hợp dễ dàng và tương thích với quá trình bán dẫn, sử dụng lithium niobate màng mỏng để tạo ra bộ điều biến quang điện hiệu suất cao, so với độ cao. Bộ điều biến quang điện tử mỏng (LNOI) trên chất cách điện đã trở thành một hướng phát triển đầy hứa hẹn. Với sự phát triển của công nghệ chuẩn bị vật liệu lithium niobate màng mỏng và công nghệ khắc ống dẫn sóng, hiệu quả chuyển đổi cao và tích hợp cao hơn của bộ điều chế quang điện lithium niobate màng mỏng đã trở thành lĩnh vực của học viện và công nghiệp quốc tế.

Đặc điểm của lithium niobate màng mỏng
Trong kế hoạch DAP AR của Hoa Kỳ đã đưa ra đánh giá sau đây về các vật liệu lithium niobate: Nếu trung tâm của cuộc cách mạng điện tử được đặt theo tên của vật liệu silicon có thể, thì nơi sinh của cuộc cách mạng quang học có thể được đặt theo tên của lithium niobate. Điều này là do lithium niobate tích hợp hiệu ứng quang điện, hiệu ứng quang học, hiệu ứng áp điện, hiệu ứng nhiệt điện và hiệu ứng quang điện trong một, giống như vật liệu silicon trong lĩnh vực quang học.

Về đặc điểm truyền quang, vật liệu INP có tổn thất truyền trên chip lớn nhất do sự hấp thụ ánh sáng trong dải 1550nm thường được sử dụng. SiO2 và silicon nitride có đặc điểm truyền tốt nhất và mất có thể đạt đến mức ~ 0,01dB/cm; Hiện tại, việc mất ống dẫn sóng của ống dẫn sóng lithium niobate màng mỏng có thể đạt đến mức 0,03dB/cm và mất ống dẫn sóng lithium niobate màng mỏng có khả năng giảm hơn nữa khi cải thiện liên tục mức độ công nghệ trong tương lai. Do đó, vật liệu lithium niobate màng mỏng sẽ cho thấy hiệu suất tốt cho các cấu trúc ánh sáng thụ động như đường dẫn quang hợp, shunt và microring.

Về mặt tạo ánh sáng, chỉ INP mới có khả năng phát ra ánh sáng trực tiếp; Do đó, đối với việc áp dụng các photon vi sóng, cần phải giới thiệu nguồn sáng dựa trên INP trên chip tích hợp quang tử dựa trên LNOI bằng cách tải lại sự tăng trưởng hàn hoặc tăng trưởng epiticular. Về mặt điều chế ánh sáng, người ta đã nhấn mạnh ở trên rằng vật liệu lithium niobate màng mỏng dễ dàng hơn để đạt được băng thông điều chế lớn hơn, điện áp nửa sóng thấp hơn và mất truyền thấp hơn INP và SI. Hơn nữa, tính tuyến tính cao của điều chế quang điện của vật liệu lithium niobate màng mỏng là điều cần thiết cho tất cả các ứng dụng photon vi sóng.

Về mặt định tuyến quang học, phản ứng điện quang tốc độ cao của vật liệu lithium niobate màng mỏng làm cho công tắc quang học dựa trên LNOI có khả năng chuyển đổi định tuyến quang tốc độ cao và mức tiêu thụ năng lượng của chuyển đổi tốc độ cao như vậy cũng rất thấp. Đối với việc áp dụng điển hình của công nghệ photon vi sóng tích hợp, chip chùm tia được điều khiển quang học có khả năng chuyển đổi tốc độ cao để đáp ứng nhu cầu quét chùm tia nhanh và các đặc điểm của mức tiêu thụ điện năng cực thấp thích nghi tốt với các yêu cầu nghiêm ngặt của hệ thống mảng quy mô lớn. Mặc dù công tắc quang học dựa trên INP cũng có thể nhận ra chuyển đổi đường dẫn quang tốc độ cao, nhưng nó sẽ giới thiệu nhiễu lớn, đặc biệt là khi công tắc quang đa cấp bị xếp tầng, hệ số nhiễu sẽ bị suy giảm nghiêm trọng. Các vật liệu silicon, SiO2 và silicon nitride chỉ có thể chuyển đổi các đường dẫn quang học thông qua hiệu ứng quang nhiệt hoặc hiệu ứng phân tán chất mang, có nhược điểm của mức tiêu thụ năng lượng cao và tốc độ chuyển đổi chậm. Khi kích thước mảng của mảng pha lớn, nó không thể đáp ứng các yêu cầu của tiêu thụ năng lượng.

Về mặt khuếch đại quang học,Bộ khuếch đại quang học bán dẫn (SOA) Dựa trên INP đã trưởng thành cho sử dụng thương mại, nhưng nó có nhược điểm của hệ số nhiễu cao và công suất đầu ra bão hòa thấp, không có lợi cho việc áp dụng các photon vi sóng. Quá trình khuếch đại tham số của ống dẫn sóng lithium niobate màng mỏng dựa trên kích hoạt và đảo ngược định kỳ có thể đạt được độ nhiễu thấp và khuếch đại quang học trên chip công suất cao, cũng có thể đáp ứng các yêu cầu của công nghệ photon vi sóng tích hợp để khuếch đại quang học trên chip.

Về mặt phát hiện ánh sáng, lithium niobate màng mỏng có đặc điểm truyền tốt đến ánh sáng trong băng tần 1550nm. Chức năng của chuyển đổi quang điện không thể được thực hiện, vì vậy đối với các ứng dụng photon vi sóng, để đáp ứng nhu cầu chuyển đổi quang điện trên chip. Các đơn vị phát hiện IngaaS hoặc GE-SI cần được giới thiệu trên các chip tích hợp quang tử dựa trên LNOI bằng cách tải lại sự tăng trưởng hàn hoặc tăng trưởng epiticular. Về mặt khớp nối với sợi quang, bởi vì sợi quang là vật liệu SiO2, trường chế độ của ống dẫn sóng SiO2 có mức độ phù hợp nhất với trường chế độ của sợi quang và khớp nối là thuận tiện nhất. Đường kính trường chế độ của ống dẫn sóng bị hạn chế mạnh mẽ của lithium niobate màng mỏng là khoảng 1μm, khá khác với trường chế độ của sợi quang, do đó, chuyển đổi điểm thích hợp phải được thực hiện để phù hợp với trường chế độ của sợi quang.

Về mặt tích hợp, liệu các vật liệu khác nhau có tiềm năng tích hợp cao hay không phụ thuộc chủ yếu vào bán kính uốn của ống dẫn sóng (bị ảnh hưởng bởi giới hạn của trường Chế độ ống dẫn sóng). Ống dẫn sóng bị hạn chế mạnh cho phép bán kính uốn nhỏ hơn, có lợi hơn cho việc thực hiện tích hợp cao. Do đó, các ống dẫn sóng niobate màng mỏng có khả năng đạt được sự tích hợp cao. Do đó, sự xuất hiện của màng mỏng lithium niobate làm cho vật liệu lithium niobate có thể thực sự đóng vai trò của silicon silicon. Đối với việc áp dụng các photon vi sóng, những lợi thế của lithium niobate màng mỏng rõ ràng hơn.