Litio niobatozko film meheko modulatzaile elektro-optiko integratua

Linealtasun handiamodulatzaile elektro-optikoaeta mikrouhin fotoien aplikazioa
Komunikazio-sistemen eskakizun gero eta handiagoak direla eta, seinaleen transmisio-eraginkortasuna are gehiago hobetzeko, jendeak fotoiak eta elektroiak fusionatuko ditu abantaila osagarriak lortzeko, eta horrela sortuko da mikrouhin-fotonika. Modulatzaile elektro-optikoa beharrezkoa da elektrizitatea argi bihurtzeko.mikrouhin-sistema fotonikoak, eta urrats gako honek normalean sistema osoaren errendimendua zehazten du. Irrati-maiztasuneko seinalea domeinu optikora bihurtzea seinale analogikoen prozesu bat denez, eta ohikoamodulatzaile elektro-optikoakBerezko ez-linealtasuna dutenez, seinalearen distortsio larria dago bihurketa-prozesuan. Modulazio lineal gutxi gorabeherakoa lortzeko, modulatzailearen funtzionamendu-puntua normalean polarizazio-puntu ortogonalean finkatzen da, baina hala ere ezin ditu bete mikrouhin-fotoi-loturaren eskakizunak modulatzailearen linealtasunerako. Linealtasun handiko modulatzaile elektro-optikoak premiaz behar dira.

Siliziozko materialen errefrakzio-indizearen modulazio abiadura handia normalean eramaile askearen plasma-sakabanaketaren (FCD) efektuaren bidez lortzen da. FCD efektua eta PN juntura-modulazioa ez-linealak dira, eta horrek siliziozko modulatzailea litio niobatozko modulatzailea baino gutxiago lineala bihurtzen du. Litio niobatozko materialek propietate bikainak dituzte...modulazio elektro-optikoapropietateak Pucker efektuagatik. Aldi berean, litio niobato materialak banda-zabalera handia, modulazio-ezaugarri onak, galera txikia, integrazio erraza eta erdieroaleen prozesuekin bateragarritasuna ditu abantailak, litio niobatozko film mehea erabiltzea errendimendu handiko modulatzaile elektro-optikoak egiteko, silizioarekin alderatuta ia ez du "plaka laburrik", baina linealtasun handia ere lortzen du. Isolatzaile gaineko litio niobatozko film meheko (LNOI) modulatzaile elektro-optikoa garapen-norabide itxaropentsua bihurtu da. Litio niobatozko film meheko materiala prestatzeko teknologiaren eta uhin-gida grabatzeko teknologiaren garapenarekin, litio niobatozko film meheko modulatzaile elektro-optikoaren bihurketa-eraginkortasun handia eta integrazio handiagoa nazioarteko akademiaren eta industriaren arlo bihurtu dira.

Litio niobatozko film mehearen ezaugarriak
Estatu Batuetan, DAP AR plangintzak litio niobato materialen ebaluazio hau egin du: iraultza elektronikoaren erdiguneari hura posible egiten duen silizio materialaren izena jartzen bazaio, fotonika iraultzaren jaioterria litio niobatoaren izena izango dela dirudi. Hau horrela da, litio niobatoak efektu elektro-optikoa, efektu akusto-optikoa, efektu piezoelektrikoa, efektu termoelektrikoa eta efektu fotoerrefraktiboa integratzen dituelako, optikaren arloko silizio materialek bezala.

Transmisio optikoaren ezaugarriei dagokienez, InP materialak du txiparen barruko transmisio-galera handiena, 1550nm-ko banda erabilienean argia xurgatzen delako. SiO2-k eta silizio nitruroak dituzte transmisio-ezaugarririk onenak, eta galerak ~ 0,01dB/cm-ko mailara irits daiteke; Gaur egun, litio niobatozko film meheko uhin-gidaren uhin-gidaren galerak 0,03dB/cm-ko mailara irits daiteke, eta etorkizunean maila teknologikoaren etengabeko hobekuntzarekin litio niobatozko film meheko uhin-gidaren galerak gehiago murrizteko ahalmena du. Beraz, litio niobatozko film meheko materialak errendimendu ona erakutsiko du argi-egitura pasiboetarako, hala nola bide fotosintetikoetarako, shunt-etarako eta mikroeraztunetarako.

Argiaren sorrerari dagokionez, InP-k bakarrik du argia zuzenean igortzeko gaitasuna; beraz, mikrouhin-fotoien aplikaziorako, beharrezkoa da InP-n oinarritutako argi-iturria LNOI-n oinarritutako txip integratu fotonikoan sartzea, atzeko kargako soldadura edo hazkunde epitaxialaren bidez. Argi-modulazioari dagokionez, goian azpimarratu da litio niobatozko film meheko materialak errazago lortzen duela modulazio-banda-zabalera handiagoa, erdi-uhin-tentsio txikiagoa eta transmisio-galera txikiagoa InP eta Si baino. Gainera, litio niobatozko film meheko materialen modulazio elektro-optikoaren linealtasun handia ezinbestekoa da mikrouhin-fotoien aplikazio guztietarako.

Bideratze optikoari dagokionez, litio niobatozko film meheko materialaren erantzun elektro-optiko azkarrak LNOI oinarritutako etengailu optikoa gai bihurtzen du bideratze optikoko kommutazio azkarra egiteko, eta abiadura handiko kommutazio horren energia-kontsumoa ere oso baxua da. Mikrouhin-fotoi integratuen teknologiaren aplikazio tipikorako, optikoki kontrolatutako habe-formazio txipak abiadura handiko kommutazio gaitasuna du habe-eskaneatze azkarraren beharrak asetzeko, eta energia-kontsumo ultra-baxuaren ezaugarriak ondo egokituta daude eskala handiko phased array sistemaren eskakizun zorrotzetara. InP oinarritutako etengailu optikoak abiadura handiko bide optikoen kommutazioa ere egin dezakeen arren, zarata handia sartuko du, batez ere maila anitzeko etengailu optikoa kaskadan dagoenean, zarata-koefizientea asko hondatuko da. Siliziozko, SiO2 eta silizio nitruro materialek bide optikoak efektu termo-optikoaren edo eramaileen sakabanaketa-efektuaren bidez bakarrik alda ditzakete, eta horrek energia-kontsumo handia eta kommutazio-abiadura motela ditu desabantailak. Phased array-aren matrizearen tamaina handia denean, ezin ditu energia-kontsumoaren eskakizunak bete.

Anplifikazio optikoari dagokionez,erdieroaleen anplifikadore optikoa (SOA) InP-n oinarritutako erabilera komertzialerako heldua da, baina desabantailak ditu: zarata-koefiziente handia eta saturazio-irteera-potentzia baxua, eta hori ez da egokia mikrouhin-fotoien aplikaziorako. Litio niobatozko uhin-gidaren film meheko anplifikazio-prozesu parametrikoak, aldizkako aktibazioan eta inbertsioan oinarrituta, zarata txikia eta potentzia handiko txipeko anplifikazio optikoa lor dezake, eta horrek txipeko anplifikazio optikorako mikrouhin-fotoi integratuen teknologiaren eskakizunak betetzen ditu.

Argiaren detekzioari dagokionez, litio niobatozko film meheak 1550 nm-ko bandako argiarekiko transmisio-ezaugarri onak ditu. Fotokonbertsio elektrikoaren funtzioa ezin da gauzatu, beraz, mikrouhin-fotoi aplikazioetarako, txipean fotokonbertsio elektrikoaren beharrak asetzeko, InGaAs edo Ge-Si detekzio-unitateak sartu behar dira LNOI oinarritutako txip fotoniko integratuetan, atzeko karga bidezko soldadura edo hazkunde epitaxialaren bidez. Zuntz optikoarekin akoplatzeari dagokionez, zuntz optikoa bera SiO2 materiala denez, SiO2 uhin-gidaren modu-eremuak du bat etortze-maila handiena zuntz optikoaren modu-eremuarekin, eta akoplamendua da egokiena. Litio niobatozko film mehearen uhin-gida oso mugatuaren modu-eremuaren diametroa 1 μm ingurukoa da, eta hori oso desberdina da zuntz optikoaren modu-eremutik, beraz, modu-puntuaren eraldaketa egokia egin behar da zuntz optikoaren modu-eremuarekin bat etortzeko.

Integrazioari dagokionez, hainbat materialek integrazio potentzial handia duten ala ez, batez ere uhin-gidaren tolestura-erradioaren araberakoa da (uhin-gidaren modu-eremuaren mugak eraginda). Uhin-gida oso mugatuak tolestura-erradio txikiagoa ahalbidetzen du, eta hori hobetzen du integrazio handia lortzeko. Beraz, litio niobatozko film meheko uhin-gidek integrazio handia lortzeko ahalmena dute. Beraz, litio niobatozko film mehearen itxurak litio niobato materialak benetan "silizio" optikoaren papera jokatzea ahalbidetzen du. Mikrouhin-fotoien aplikaziorako, litio niobatozko film meheko abantailak nabarmenagoak dira.