Alta linearitàmodulatore elettro-otticoe applicazione a microonde
Con i crescenti requisiti dei sistemi di comunicazione, al fine di migliorare ulteriormente l'efficienza di trasmissione dei segnali, le persone fonderanno fotoni ed elettroni per ottenere vantaggi complementari e nascono la fotonica a microonde. Il modulatore elettro-ottico è necessario per la conversione dell'elettricità in illuminazionesistemi fotonici a microondee questo passaggio chiave di solito determina le prestazioni dell'intero sistema. Poiché la conversione del segnale di radiofrequenza in dominio ottico è un processo di segnale analogico e ordinariomodulatori elettro-otticiAvere non linearità intrinseca, vi è una grave distorsione del segnale nel processo di conversione. Al fine di ottenere una modulazione lineare approssimativa, il punto operativo del modulatore viene generalmente fissato nel punto di distorsione ortogonale, ma non può ancora soddisfare i requisiti del collegamento a microonde per la linearità del modulatore. I modulatori elettro-ottici con alta linearità sono urgentemente necessari.
La modulazione dell'indice di rifrazione ad alta velocità dei materiali di silicio è generalmente raggiunta dall'effetto di dispersione del plasma portante (FCD). Sia l'effetto FCD che la modulazione della giunzione PN non sono lineari, il che rende il modulatore di silicio meno lineare del modulatore di nioba al litio. I materiali di nioba al litio presentano eccellentiModulazione elettro-otticaProprietà dovute al loro effetto pucker. Allo stesso tempo, il materiale di nioba al litio presenta i vantaggi della grande larghezza di banda, buone caratteristiche di modulazione, bassa perdita, facile integrazione e compatibilità con il processo a semiconduttore, l'uso di niobate di litio a film sottile per realizzare un modulatore elettro-ottico ad alte prestazioni, rispetto al silicio quasi nessuna "piastra corta", ma anche per ottenere un'elevata linearità. Modulatore elettro-ottico di niobate di litio a film sottile (LNOI) sull'isolante è diventato una promettente direzione di sviluppo. Con lo sviluppo della tecnologia di preparazione del materiale di litio di litio a film sottile e la tecnologia di incisione delle guide d'onda, l'elevata efficienza di conversione e una maggiore integrazione del modulatore elettro-ottico niobate di litio a film sottile è diventata il campo del mondo accademico e dell'industria internazionale.
Caratteristiche del film di litio a film sottile
Negli Stati Uniti la pianificazione DAP ha effettuato la seguente valutazione dei materiali di nioba al litio: se il centro della rivoluzione elettronica prende il nome dal materiale del silicio che lo rende possibile, è probabile che il luogo di nascita della rivoluzione della fotonica prenda il nome dal niobate di litio. Questo perché il nioba di litio integra l'effetto elettro-ottico, l'effetto acusto-ottico, l'effetto piezoelettrico, l'effetto termoelettrico e l'effetto fotorefrattivo in uno, proprio come i materiali di silicio nel campo dell'ottica.
In termini di caratteristiche di trasmissione ottica, il materiale INP ha la più grande perdita di trasmissione su chip dovuta all'assorbimento della luce nella banda da 1550 nm comunemente utilizzata. SiO2 e nitruro di silicio hanno le migliori caratteristiche di trasmissione e la perdita può raggiungere il livello di ~ 0,01db/cm; Allo stato attuale, la perdita della guida d'onda della guida d'onda di litio a filo a film sottile può raggiungere il livello di 0,03db/cm e la perdita della guida d'onda di niobate di litio a film sottile ha il potenziale per essere ulteriormente ridotta con il miglioramento continuo del livello tecnologico in futuro. Pertanto, il materiale di nioba al litio del film sottile mostrerà buone prestazioni per strutture di luce passiva come percorso fotosintetico, shunt e microring.
In termini di generazione di luce, solo INP ha la capacità di emettere luce direttamente; Pertanto, per l'applicazione di fotoni a microonde, è necessario introdurre la sorgente di luce basata su INP sul chip fotonico integrato a base di LNOI attraverso il modo in cui il backload di saldatura o crescita epitassiale. In termini di modulazione della luce, è stato enfatizzato sopra che il materiale di nioba al litio a film sottile è più facile ottenere una larghezza di banda di modulazione maggiore, una tensione a metà onda più bassa e una perdita di trasmissione inferiore rispetto a INP e SI. Inoltre, l'elevata linearità della modulazione elettro-ottica dei materiali di nioba di litio a film sottile è essenziale per tutte le applicazioni di fotoni a microonde.
In termini di routing ottico, la risposta elettro-ottica ad alta velocità del materiale di nioba al litio a film sottile rende l'interruttore ottico a base di LNOI in grado di cambiare il routing ottico ad alta velocità e anche il consumo di energia di tale commutazione ad alta velocità è molto basso. Per la tipica applicazione della tecnologia dei fotoni a microonde integrata, il chip di formazione a beaming controllata otticamente ha la capacità di cambiare ad alta velocità per soddisfare le esigenze della scansione rapida del fascio e le caratteristiche del consumo di energia ultra-bassa sono ben adattate ai rigorosi requisiti del sistema di array di fasi su larga scala. Sebbene l'interruttore ottico a base di INP possa anche realizzare la commutazione del percorso ottico ad alta velocità, introdurrà un ampio rumore, specialmente quando l'interruttore ottico multilivello è in cascata, il coefficiente di rumore sarà gravemente deteriorato. I materiali di nitruro di silicio, SiO2 e silicio possono cambiare solo percorsi ottici attraverso l'effetto termo-ottico o l'effetto di dispersione del vettore, che ha gli svantaggi dell'elevato consumo di energia e della velocità di commutazione lenta. Quando la dimensione dell'array dell'array a fasi è grande, non può soddisfare i requisiti del consumo di energia.
In termini di amplificazione ottica, ilAmplificatore ottico a semiconduttore (Soa) basato su INP è stato maturo per uso commerciale, ma ha gli svantaggi del coefficiente di rumore elevato e della potenza di uscita a bassa saturazione, che non favorisce l'applicazione di fotoni a microonde. Il processo di amplificazione parametrica della guida d'onda di niobate al litio a film sottile basato sull'attivazione e l'inversione periodiche può ottenere un basso rumore e un'amplificazione ottica su chip ad alta potenza, che può soddisfare i requisiti della tecnologia dei fotoni a microonde integrata per l'amplificazione ottica su chip.
In termini di rilevamento della luce, il nioba di litio a film sottile ha buone caratteristiche di trasmissione alla luce nella banda da 1550 nm. Non è possibile realizzare la funzione della conversione fotoelettrica, quindi per le applicazioni di fotoni a microonde, al fine di soddisfare le esigenze della conversione fotoelettrica sul chip. Le unità di rilevamento di InGAAS o GE-SI devono essere introdotte su chip fotonici fotonici a base di LNOI eseguendo il backload di saldatura o crescita epitassiale. In termini di accoppiamento con fibra ottica, poiché la fibra ottica stessa è materiale SIO2, il campo di modalità della guida d'onda SIO2 ha il massimo grado di abbinamento con il campo in modalità di fibra ottica e l'accoppiamento è il più conveniente. Il diametro del campo in modalità della guida d'onda fortemente limitata del nioba di litio a pellicola sottile è di circa 1μm, che è abbastanza diverso dal campo di modalità della fibra ottica, quindi deve essere eseguita una trasformazione in modalità in modalità corretta per abbinare il campo in modalità della fibra ottica.
In termini di integrazione, se vari materiali abbiano un elevato potenziale di integrazione dipende principalmente dal raggio di flessione della guida d'onda (influenzato dalla limitazione del campo della modalità guida d'onda). La guida d'onda fortemente limitata consente un raggio di flessione più piccolo, che è più favorevole alla realizzazione di un'elevata integrazione. Pertanto, le guide d'onda di niobate al litio a film sottile hanno il potenziale per ottenere un'elevata integrazione. Pertanto, l'aspetto del niobate di litio a film sottile consente al materiale di nioba al litio di svolgere davvero il ruolo del "silicio" ottico. Per l'applicazione di fotoni a microonde, i vantaggi del nioba di litio a film sottile sono più evidenti.
Tempo post: aprile-23-2024