Kaunggulan jeung significance tina film ipis litium niobate dina téhnologi microwave foton terpadu
Téknologi foton gelombang mikroboga kaunggulan rubakpita kerja badag, pangabisa processing paralel kuat sarta leungitna transmisi low, nu boga potensi pikeun megatkeun bottleneck teknis sistem microwave tradisional jeung ningkatkeun kinerja parabot informasi éléktronik militér kayaning radar, perang éléktronik, komunikasi jeung pangukuran jeung kontrol. Nanging, sistem foton gelombang mikro dumasar kana alat diskrit gaduh sababaraha masalah sapertos volume ageung, beurat beurat sareng stabilitas goréng, anu sacara serius ngabatesan aplikasi téknologi foton gelombang mikro dina platform ruang angkasa sareng udara. Ku alatan éta, téhnologi foton gelombang mikro terpadu ieu jadi hiji rojongan penting pikeun megatkeun aplikasi tina gelombang mikro foton dina sistem informasi éléktronik militér sarta masihan muter pinuh kana kaunggulan tina téhnologi microwave foton.
Ayeuna, téhnologi integrasi photonic basis SI sarta téhnologi integrasi photonic basis INP geus jadi beuki loba dewasa sanggeus taun ngembangkeun dina widang komunikasi optik, sarta loba produk geus nempatkeun kana pasaran. Nanging, pikeun aplikasi gelombang mikro foton, aya sababaraha masalah dina dua jinis téknologi integrasi foton ieu: contona, koefisien elektro-optik nonlinier tina modulator Si sareng modulator InP sabalikna tina linieritas anu luhur sareng ciri dinamis ageung anu diudag ku téknologi foton gelombang mikro; Contona, saklar optik silikon anu nyadar switching jalur optik, naha dumasar kana pangaruh termal-optik, pangaruh piezoelektrik, atawa pangaruh dispersi suntik carrier, boga masalah speed switching slow, konsumsi kakuatan sarta konsumsi panas, nu teu bisa minuhan scanning beam gancang sarta Asép Sunandar Sunarya badag skala aplikasi gelombang mikro foton.
Litium niobate geus salawasna jadi pilihan kahiji pikeun speed tinggimodulasi éléktro-optikbahan alatan éfék elektro-optik linier na alus teuing. Sanajan kitu, litium niobate tradisionalmodulator elektro-optikDijieunna tina bahan kristal litium niobate masif, sareng ukuran alatna ageung pisan, anu henteu tiasa nyumponan kabutuhan téknologi foton gelombang mikro terpadu. Kumaha ngahijikeun bahan litium niobate sareng koefisien elektro-optik linier kana sistem téknologi foton gelombang mikro terpadu parantos janten tujuan peneliti anu relevan. Dina 2018, tim peneliti ti Universitas Harvard di Amérika Serikat munggaran ngalaporkeun téhnologi integrasi photonic dumasar kana film ipis niobate litium di Alam, sabab téhnologi nu boga kaunggulan integrasi tinggi, rubakpita modulasi elektro-optik badag, sarta linearity tinggi pangaruh elektro-optik, sakali dibuka, éta langsung ngabalukarkeun perhatian akademik sarta industri dina widang integrasi photonic sarta gelombang mikro. Tina jihat aplikasi foton gelombang mikro, makalah ieu marios pangaruh sareng pentingna téknologi integrasi foton dumasar kana film ipis lithium niobate dina pamekaran téknologi foton gelombang mikro.
Bahan film ipis litium niobate sareng pilem ipismodulator litium niobate
Dina dua taun panganyarna, hiji tipe anyar bahan litium niobate geus mecenghul, nyaeta, film litium niobate ieu exfoliated ti kristal masif litium niobate ku metoda "ion slicing" na kabeungkeut kana wafer Si jeung lapisan panyangga silika pikeun ngabentuk LNOI (LiNbO3-On-Insulator) bahan [5], nu disebut bahan ipis film litium ieu niobate. Waveguides Ridge kalayan jangkungna leuwih ti 100 nanométer bisa etched dina bahan film ipis litium niobate ku prosés etching garing dioptimalkeun, sarta bédana indéks réfraktif éféktif tina waveguides kabentuk bisa ngahontal leuwih ti 0,8 (jauh leuwih luhur ti bédana indéks réfraktif tina waveguides litium niobate tradisional 0,02), sakumaha ditémbongkeun dina Gambar kuat, sakumaha ditémbongkeun dina Gambar kuat. médan cahaya sareng médan gelombang mikro nalika ngarancang modulator. Ku kituna, aya mangpaatna pikeun ngahontal tegangan satengah gelombang handap sarta rubakpita modulasi gedé dina panjang pondok.
Penampilan low leungitna litium niobate submicron waveguide megatkeun bottleneck tegangan nyetir tinggi tina litium niobate elektro-optik modulator tradisional. Jarak éléktroda bisa diréduksi jadi ~ 5 μm, sarta tumpang tindihna antara médan listrik jeung médan mode optik ieu greatly ngaronjat, sarta vπ · L nurun tina leuwih ti 20 V · cm mun kirang ti 2,8 V · cm. Ku alatan éta, dina tegangan satengah gelombang sarua, panjang alat bisa greatly ngurangan dibandingkeun jeung modulator tradisional. Dina waktos anu sami, saatos ngaoptimalkeun parameter lebar, ketebalan sareng interval éléktroda gelombang iinditan, sapertos anu dipidangkeun dina gambar, modulator tiasa gaduh kamampuan bandwidth modulasi ultra-luhur langkung ageung tibatan 100 GHz.
Gbr.1 （a） ngitung distribusi mode sareng （b） gambar tina cross-section tina LN waveguide
Gbr.2 （a） Waveguide sareng struktur éléktroda sareng （b） pelat inti modulator LN
Perbandingan modulators litium niobate pilem ipis sareng modulator komérsial litium niobate tradisional, modulator berbasis silikon sareng modulator indium phosphide (InP) sareng modulator elektro-optik berkecepatan tinggi anu sanés, parameter utama perbandingan kalebet:
(1) Produk panjang volt satengah gelombang (vπ ·L, V·cm), ngukur efisiensi modulasi modulator, nu leuwih leutik nilaina, nu leuwih luhur efisiensi modulasi;
(2) rubakpita modulasi 3 dB (GHz), anu ngukur réspon modulator kana modulasi frékuénsi luhur;
(3) Leungitna sisipan optik (dB) di daérah modulasi. Ieu bisa ditempo ti tabel yén film ipis litium niobate modulator boga kaunggulan atra dina rubakpita modulasi, tegangan satengah gelombang, leungitna interpolasi optik jeung saterusna.
Silicon, salaku cornerstone of optoelectronics terpadu, geus dimekarkeun jadi jauh, prosés geus dewasa, miniaturization nyaeta kondusif pikeun integrasi badag skala alat aktip / pasip, sarta modulator na geus lega tur deeply diulik dina widang komunikasi optik. Mékanisme modulasi elektro-optik silikon utamana pamawa depling-tion, pamawa suntik jeung akumulasi carrier. Di antarana, rubakpita modulator optimal kalayan mékanisme depletion pamawa gelar linier, tapi kusabab distribusi médan optik tumpang tindih sareng non-uniformity wewengkon depletion, éfék ieu bakal ngenalkeun distorsi orde kadua nonlinier sareng istilah distorsi intermodulasi urutan katilu, gandeng ku pangaruh nyerep pamawa dina lampu, anu bakal ngakibatkeun réduksi sinyal modulasi optik sareng distorsi optik.
Modulator InP gaduh épék elektro-optik anu luar biasa, sareng struktur sumur kuantum multi-lapisan tiasa ngawujudkeun modulator tegangan ultra luhur sareng tegangan nyetir rendah sareng Vπ·L dugi ka 0.156V · mm. Sanajan kitu, variasi indéks réfraktif jeung médan listrik ngawengku istilah linier jeung nonlinier, sarta kanaékan inténsitas médan listrik bakal nyieun éfék urutan kadua nonjol. Ku alatan éta, modulators elektro-optik silikon sareng InP kedah nerapkeun bias pikeun ngabentuk simpang pn nalika aranjeunna damel, sareng simpang pn bakal nyababkeun leungitna nyerep kana cahaya. Tapi, ukuran modulator dua ieu leutik, ukuran modulator InP komérsial nyaéta 1/4 tina modulator LN. efisiensi modulasi tinggi, cocog pikeun dénsitas tinggi na jarak pondok jaringan transmisi optik digital kayaning puseur data. Pangaruh elektro-optik litium niobate teu gaduh mékanisme nyerep cahaya sareng leungitna low, anu cocog pikeun koheren jarak jauh.komunikasi optikkalawan kapasitas badag sarta laju tinggi. Dina aplikasi foton gelombang mikro, koefisien elektro-optik Si sareng InP henteu linier, anu henteu cocog pikeun sistem foton gelombang mikro anu ngudag linieritas luhur sareng dinamika ageung. Bahan litium niobate cocog pisan pikeun aplikasi foton gelombang mikro kusabab koefisien modulasi elektro-optik linier lengkep.
waktos pos: Apr-22-2024