Una delle proprietà più importanti di un modulatore ottico è la sua velocità di modulazione o larghezza di banda, che dovrebbe essere almeno veloce dell'elettronica disponibile. I transistor con frequenze di transito ben al di sopra di 100 GHz sono già stati dimostrati nella tecnologia di silicio da 90 nm e la velocità aumenterà ulteriormente quando la dimensione minima della caratteristica viene ridotta [1]. Tuttavia, la larghezza di banda dei modulatori a base di silicio odierne è limitata. Il silicio non possiede una χ (2) -nonlinearità a causa della sua struttura cristallina centro-simmetrica. L'uso del silicio teso ha già portato a risultati interessanti già [2], ma le non linearità non consentono ancora dispositivi pratici. I modulatori fotonici di silicio all'avanguardia si basano quindi sulla dispersione della porta libera nelle giunzioni PN o PIN [3–5]. È stato dimostrato che le giunzioni distorte in avanti mostrano un prodotto a lunghezza di tensione a partire da Vπl = 0,36 V mm, ma la velocità di modulazione è limitata dalla dinamica dei portatori di minoranza. Tuttavia, le velocità dei dati di 10 Gbit/s sono state generate con l'aiuto di una pre-enfasi del segnale elettrico [4]. Utilizzando invece giunzioni distorte inverse, la larghezza di banda è stata aumentata a circa 30 GHz [5,6], ma il prodotto di voltageLength è salito a VπL = 40 V mm. Sfortunatamente, tali modulatori di fase del plasma effetto producono anche una modulazione di intensità indesiderata [7] e rispondono in modo non lineare alla tensione applicata. Formati di modulazione avanzata come QAM richiedono, tuttavia, una risposta lineare e una modulazione in fase pura, rendendo particolarmente desiderabile lo sfruttamento dell'effetto elettro-ottico (effetto Pockels [8]).
2. Approccio Soh
Recentemente, è stato suggerito l'approccio ibrido di silicio-organico (SOH) [9–12]. Un esempio di modulatore SOH è mostrato in Fig. 1 (a). È costituito da una guida d'onda a slot che guida il campo ottico e due strisce di silicio che collegano elettricamente la guida d'onda ottica agli elettrodi metallici. Gli elettrodi si trovano fuori dal campo modale ottico per evitare perdite ottiche [13], Fig. 1 (b). Il dispositivo è rivestito con un materiale organico elettro-ottico che riempie uniformemente lo slot. La tensione modulante viene trasportata dalla guida d'onda elettrica metallica e si abbassa attraverso lo slot grazie alle strisce di silicio conduttivo. Il campo elettrico risultante modifica quindi l'indice di rifrazione nello slot attraverso l'effetto elettro-ottico ultra-veloce. Poiché lo slot ha una larghezza nell'ordine di 100 nm, alcuni volt sono sufficienti per generare campi modulanti molto forti che sono nell'ordine di grandezza della resistenza dielettrica della maggior parte dei materiali. La struttura ha un'elevata efficienza di modulazione poiché sia i campi modulanti che quelli ottici sono concentrati all'interno dello slot, Fig. 1 (b) [14]. In effetti, sono già state mostrate prime implementazioni di modulatori SOH con operazioni sub-volt [11] e sono state dimostrate una modulazione sinusoidale fino a 40 GHz [15,16]. Tuttavia, la sfida nella costruzione di modulatori SOH ad alta velocità a bassa tensione è quella di creare una striscia di collegamento altamente conduttiva. In un circuito equivalente lo slot può essere rappresentato da un condensatore C e le strisce conduttive da resistori R, Fig. 1 (b). La costante di tempo RC corrispondente determina la larghezza di banda del dispositivo [10,14,17,18]. Per ridurre la resistenza R, è stato suggerito di drogare le strisce di silicio [10,14]. Mentre il doping aumenta la conduttività delle strisce di silicio (e quindi aumenta le perdite ottiche), si paga una penalità per perdite aggiuntiva perché la mobilità degli elettroni è compromessa dalla dispersione di impurità [10,14,19]. Inoltre, i tentativi di fabbricazione più recenti hanno mostrato conducibilità inaspettatamente bassa.
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Tempo post: mar-29-2023