Prednosti in pomen tankega filmskega litijevega niobata v integrirani tehnologiji mikrovalovnega fotona
Tehnologija mikrovalovnega fotonaIma prednosti velike delovne pasovne širine, močne vzporedne sposobnosti obdelave in nizke izgube prenosa, kar lahko razbije tehnično ozko grlo tradicionalnega mikrovalovnega sistema in izboljša delovanje vojaške elektronske informacijske opreme, kot so radar, elektronska vojna, komunikacija in merjenje in nadzor. Vendar ima sistem mikrovalovnega fotona, ki temelji na diskretnih napravah, nekatere težave, kot so velika količina, velika teža in slaba stabilnost, ki resno omejujejo uporabo mikrovalovne fotonske tehnologije na platformah Spaceborne in Airborne. Zato integrirana tehnologija mikrovalovnega fotona postaja pomembna podpora za prekinitev uporabe mikrovalovnega fotona v vojaškem elektronskem informacijskem sistemu in v celoti dati prednosti prednosti mikrovalovne tehnologije fotona.
Trenutno sta tehnologija fotonske integracije in tehnologija fotonske integracije na osnovi SI postajala vedno bolj zrela po letih razvoja na področju optične komunikacije, na trg pa je bilo vloženih veliko izdelkov. Vendar pa je za uporabo mikrovalovnega fotona nekaj težav v teh dveh vrstah tehnologij integracije fotona: na primer nelinearni elektro-optični koeficient SI modulatorja in INP je v nasprotju z visoko linearnostjo in velikimi dinamičnimi značilnostmi, ki jih zasleduje mikrovalovna fotonska tehnologija; Na primer, silicijevo optično stikalo, ki uresničuje optično preklopno pot, bodisi na podlagi toplotno-optičnega učinka, piezoelektričnega učinka ali disperzijskega učinka nosilca, ima težave s počasno hitrostjo preklopa, porabe energije in porabe toplote, ki ne more ustrezati skeniranju hitrega žarka in velikih aplikacij za mikrovalovno uporabo.
Litij niobate je bil vedno prva izbira za visoko hitrostElektro-optična modulacijaMateriali zaradi odličnega linearnega elektro-optičnega učinka. Vendar pa tradicionalni litijev niobateElektro-optični modulatorje izdelan iz masivnega litijevega niobatskega kristalnega materiala, velikost naprave pa je zelo velika, kar ne more ustrezati potrebam integrirane tehnologije mikrovalovnega fotona. Kako integrirati litijeve niobatske materiale z linearnim elektro-optičnim koeficientom v integriran sistem mikrovalovne fotonske tehnologije, je postal cilj ustreznih raziskovalcev. Leta 2018 je raziskovalna skupina z univerze Harvard v Združenih državah Amerike prvič poročala o tehnologiji fotonske integracije, ki temelji na tanki filmski litijevi niobat v naravi, ker ima tehnologija prednosti visoke integracije, velike elektro-optične modulacijske pasovne širine in visoko linearnost elektro-optičnega učinka, ko je takoj sprožila akademsko pozornost. Z vidika aplikacije za mikrovalovno pečico v tem prispevku pregleduje vpliv in pomen tehnologije integracije fotona, ki temelji na tankem filmskem litijevem niobatu o razvoju mikrovalovne fotonske tehnologije.
Tanki film litijev niobat material in tanek filmLitijev niobatski modulator
V zadnjih dveh letih se je pojavila nova vrsta litijevega niobatskega materiala, to je litijev niobatski film piling iz masivnega litijevega niobatskega kristala po metodi "rezanja ionov" in se vezano na silicijevo ležišče, ki ga imenujemo LITH (LITBO3-INSINSATOR), ki tvori lnoi (Linbo3-oin-insulator), ki je oblikoval lnoi (Linbo3-On-insulator) Ridge waveguides with a height of more than 100 nanometers can be etched on thin film lithium niobate materials by optimized dry etching process, and the effective refractive index difference of the waveguides formed can reach more than 0.8 (far higher than the refractive index difference of traditional lithium niobate waveguides of 0.02), as shown in Figure 1. The strongly restricted waveguide makes it easier to match the light field with the mikrovalovno polje pri načrtovanju modulatorja. Tako je koristno doseči nižjo napol valovno napetost in večjo pasovno širino modulacije v krajši dolžini.
Videz nizko izgube litij niobat submicron valovoda lomi ozko grlo visoko napetosti tradicionalnega elektro-optičnega modulatorja litijevega niobata. Razmik elektrode se lahko zmanjša na ~ 5 μm, prekrivanje med električnim poljem in poljem optičnega načina pa se močno poveča, vπ · L pa se zmanjša z več kot 20 V · cm na manj kot 2,8 V · cm. Zato se lahko pod isto napol valovnim napetostjo dolžina naprave močno zmanjša v primerjavi s tradicionalnim modulatorjem. Hkrati, po optimizaciji parametrov širine, debeline in intervala potujoče valovne elektrode, kot je prikazano na sliki, lahko modulator zmožnost ultra visoke modulacijske pasovne širine večje od 100 GHz.
Slika 1 （A） Izračunana porazdelitev načina in （b） Slika preseka Ln valovoda
Slika 2 （a） valovoda in elektroda in （b） jedrna plošča modulatorja LN
Primerjava modulatorjev tankega filmskega litijevega niobata s tradicionalnimi komercialnimi modulatorji litijevega niobata, modulatorjev na osnovi silicija in indijevega fosfida (INP) in drugih obstoječih elektro-optičnih modulatorjev visoke hitrosti, glavni parametri primerjave vključujejo:
(1) Polovični valovni volt dolžinski produkt (vπ · L, v · cm), ki merite učinkovitost modulacije modulatorja, manjša je vrednost, višja je učinkovitost modulacije;
(2) pasovna širina modulacije 3 dB (GHZ), ki meri odziv modulatorja na visokofrekvenčno modulacijo;
(3) Optična izguba vstavitve (DB) v modulacijski regiji. Iz tabele je razvidno, da ima modulator tankega filmskega litijevega niobata očitne prednosti pri modulacijski pasovni širini, napol valovni napetosti, izgubi optične interpolacije in tako naprej.
Silicij, kot temelj integrirane optoelectronics, je bil do zdaj razvit, postopek je zrel, njegova miniaturizacija je naklonjena obsežnemu integraciji aktivnih/pasivnih naprav, njegov modulator pa je bil široko in globoko preučen na področju optične komunikacije. Elektro-optični modulacijski mehanizem silicija je predvsem nosilca, vbrizgavanje nosilcev in kopičenje nosilcev. Among them, the bandwidth of the modulator is optimal with the linear degree carrier depletion mechanism, but because the optical field distribution overlaps with the non-uniformity of the depletion region, this effect will introduce nonlinear second-order distortion and third-order intermodulation distortion terms, coupled with the absorption effect of the carrier on the light, which will lead to the reduction of the optical modulation amplitude and signal izkrivljanje.
Modulator INP ima izjemne elektro-optične učinke, večplastna kvantna struktura vrtine pa lahko uresniči ultra visoko hitrost in nizke vozne napetostne modulatorje z vπ · L do 0,156V · mm. Vendar pa različica indeksa loma z električnim poljem vključuje linearne in nelinearne izraze, povečanje intenzivnosti električnega polja pa bo učinek drugega reda izrazit. Zato morajo silicijevi in inp elektro-optični modulatorji uporabiti pristranskost, da oblikujejo PN Junction, ko delajo, in PN Junction bo osvetlil izgubo absorpcije. Vendar je velikost modulatorja teh dveh majhna, velikost komercialnega modulatorja INP je 1/4 modulatorja LN. Visoka učinkovitost modulacije, primerna za digitalno optično prenosno omrežje z visoko gostoto in kratke razdalje, kot so podatkovni centri. Elektro-optični učinek litijevega niobata nima mehanizma absorpcije svetlobe in nizke izgube, kar je primerno za skladno na dolge razdaljeoptična komunikacijaz veliko zmogljivostjo in visoko stopnjo. V aplikaciji mikrovalovnega fotona so elektro-optični koeficienti SI in INP nelinearni, kar ni primerno za mikrovalovni fotonski sistem, ki zasleduje visoko linearnost in veliko dinamiko. Litijev niobatski material je zelo primeren za uporabo mikrovalovnega fotona zaradi povsem linearnega elektro-optičnega modulacijskega koeficienta.
Čas objave: APR-22-2024