Modulatore elettro-ottico ad alte prestazioni:modulatore di niobato di litio a film sottile
Un modulatore elettro-ottico (Modulatore EOM) è un modulatore realizzato utilizzando l'effetto elettro-ottico di alcuni cristalli elettro-ottici, in grado di convertire i segnali elettronici ad alta velocità nei dispositivi di comunicazione in segnali ottici. Quando il cristallo elettro-ottico è sottoposto a un campo elettrico applicato, l'indice di rifrazione del cristallo elettro-ottico cambia e, di conseguenza, anche le caratteristiche dell'onda ottica del cristallo cambiano, in modo da realizzare la modulazione dell'ampiezza, della fase e dello stato di polarizzazione del segnale ottico e convertire il segnale elettronico ad alta velocità nel dispositivo di comunicazione in un segnale ottico tramite modulazione.
Attualmente, esistono tre tipi principali dimodulatori elettro-otticisul mercato: modulatori a base di silicio, modulatori a fosfuro di indio e film sottilemodulatore di niobato di litioTra questi, il silicio non ha un coefficiente elettro-ottico diretto, le prestazioni sono più generali, adatte solo alla produzione di modulatori di moduli transceiver per la trasmissione di dati a breve distanza, il fosfuro di indio sebbene adatto per moduli transceiver per reti di comunicazione ottica a media-lunga distanza, ma i requisiti del processo di integrazione sono estremamente elevati, il costo è relativamente alto, l'applicazione è soggetta a determinate limitazioni. Al contrario, il cristallo di niobato di litio non è solo ricco di effetto fotoelettrico, effetto fotorifrattivo, effetto non lineare, effetto elettro-ottico, effetto ottico acustico, effetto piezoelettrico ed effetto termoelettrico sono uguali e, grazie alla sua struttura reticolare e alla ricca struttura dei difetti, molte proprietà del niobato di litio possono essere ampiamente regolate dalla composizione cristallina, dal drogaggio degli elementi, dal controllo dello stato di valenza, ecc. Ottenere prestazioni fotoelettriche superiori, come il coefficiente elettro-ottico fino a 30,9 pm/V, significativamente più alto del fosfuro di indio, e ha un piccolo effetto chirp (effetto chirp: si riferisce al fenomeno per cui la frequenza all'interno dell'impulso cambia nel tempo durante il processo di trasmissione dell'impulso laser. Un effetto chirp maggiore si traduce in un rapporto segnale/rumore inferiore e un effetto non lineare), un buon rapporto di estinzione (il rapporto di potenza media dello stato "on" del segnale rispetto al suo stato "off") e una stabilità superiore del dispositivo. Inoltre, il meccanismo di funzionamento del modulatore a film sottile in niobato di litio è diverso da quello del modulatore a base di silicio e del modulatore a fosfuro di indio, utilizzando metodi di modulazione non lineare, che sfruttano l'effetto elettro-ottico lineare per caricare il segnale modulato elettricamente sulla portante ottica; la velocità di modulazione è determinata principalmente dalle prestazioni dell'elettrodo a microonde, consentendo di ottenere una maggiore velocità e linearità di modulazione e un minore consumo energetico. Sulla base di quanto sopra, il niobato di litio è diventato la scelta ideale per la preparazione di modulatori elettro-ottici ad alte prestazioni, che trovano un'ampia gamma di applicazioni nelle reti di comunicazione ottica coerenti 100G/400G e nei data center ad altissima velocità, e possono raggiungere distanze di trasmissione superiori a 100 chilometri.
Il niobato di litio come materiale sovversivo della "rivoluzione fotonica", sebbene rispetto al silicio e al fosfuro di indio presenti molti vantaggi, spesso si presenta sotto forma di materiale sfuso nel dispositivo, la luce è limitata alla guida d'onda piana formata dalla diffusione ionica o dallo scambio protonico, la differenza dell'indice di rifrazione è solitamente relativamente piccola (circa 0,02), le dimensioni del dispositivo sono relativamente grandi. È difficile soddisfare le esigenze di miniaturizzazione e integrazione didispositivi otticie la sua linea di produzione è ancora diversa dall'attuale linea di processo della microelettronica, e c'è un problema di costi elevati, quindi la formazione di film sottili è un'importante direzione di sviluppo per il niobato di litio utilizzato nei modulatori elettro-ottici.
Data di pubblicazione: 24-12-2024