Film meheko litio niobatoaren abantailak eta garrantzia mikrouhin-labeen fotoi teknologia integratuan
Mikrouhin-labe fotoiaren teknologiaLaneko banda-zabalera handia, prozesatzeko gaitasun paralelo sendoa eta transmisio-galera baxuaren abantailak ditu, mikrouhin-sistema tradizionalaren botila-lepo teknikoa apurtzeko eta informazio elektronikoko ekipamendu militarren errendimendua hobetzeko, hala nola radarra, gerra elektronikoa, komunikazioa eta neurketa. kontrola. Hala ere, gailu diskretuetan oinarritutako mikrouhin-fotoi-sistemak arazo batzuk ditu, hala nola bolumen handia, pisu handia eta egonkortasun eskasa, eta horrek larriki mugatzen dute mikrouhin-fotoiaren teknologia espazioko eta aireko plataformetan aplikatzea. Hori dela eta, mikrouhin-fotoi-teknologia integratua euskarri garrantzitsu bat bihurtzen ari da mikrouhin-fotoiaren aplikazioa apurtzeko informazio-sistema elektroniko militarrean eta mikrouhin-fotoi-teknologiaren abantailei erabateko jolasa emateko.
Gaur egun, SI-n oinarritutako integrazio fotonikoaren teknologia eta INP-n oinarritutako integrazio fotonikoaren teknologia gero eta helduagoa bihurtu da komunikazio optikoaren alorrean urteetako garapenaren ostean, eta produktu asko merkatuan jarri dira. Hala ere, mikrouhin-fotoiaren aplikaziorako, bi fotoien integrazio-teknologietan arazo batzuk daude: adibidez, Si modulagailuaren eta InP modulatzailearen koefiziente elektro-optiko ez-lineala mikrouhinek lortutako linealtasun handiko eta ezaugarri dinamiko handien aurkakoa da. fotoien teknologia; Esate baterako, bide optikoa aldatzea lortzen duen siliziozko etengailu optikoak, efektu termiko-optikoan, efektu piezoelektrikoan edo eramailearen injekzio-sakabanaketa efektuan oinarritzen denak, aldatze-abiadura motela, energia-kontsumoa eta bero-kontsumoa arazoak ditu, eta horrek ezin du azkar bete. izpien eskaneatzea eta mikrouhin-fotoien eskala handiko aplikazioak.
Litio niobatoa abiadura handiko lehen aukera izan da betimodulazio elektro-optikoamaterialak bere efektu elektro-optiko lineal bikainagatik. Hala ere, litio niobato tradizionalamoduladore elektro-optikoalitio niobato kristalezko material masiboz egina dago eta gailuaren tamaina oso handia da, ezin dituen mikrouhin-fotoi teknologia integratuaren beharrak ase. Litio niobatoko materialak koefiziente elektro-optiko linealarekin nola integratu mikrouhin-fotoien teknologia sistema integratuan ikertzaile garrantzitsuen helburua bihurtu da. 2018an, Estatu Batuetako Harvard Unibertsitateko ikerketa-talde batek lehen aldiz eman zuen Naturan film meheko litio niobatoan oinarritutako integrazio fotonikoaren teknologiaren berri, teknologiak integrazio handia, modulazio elektro-optikoko banda zabalera handia eta elektroaren linealtasun handia dituen abantailak dituelako. -efektu optikoa, behin abian jarri ondoren, berehala eragin zuen arreta akademiko eta industriala integrazio fotonikoaren eta mikrouhin-fotonikaren alorrean. Mikrouhin-fotoien aplikazioaren ikuspuntutik, paper honek mikrouhin-fotoien teknologiaren garapenean film meheko litio niobatoan oinarritutako fotoien integrazio-teknologiaren eragina eta garrantzia aztertzen ditu.
Film mehea litio niobato materiala eta film mehealitio niobato moduladorea
Azken bi urteetan, litio-niobato-material mota berri bat sortu da, hau da, litio-niobato-filma litio-niobato kristal masibotik esfoliatzen da "ioi-ebakitzeko" metodoaren bidez eta Si obleari lotzen zaio silize tampone geruza batekin. Osatu LNOI (LiNbO3-On-Insulator) materiala [5], hau da, artikulu honetan film meheko litio niobato materiala. 100 nanometrotik gorako altuera duten Ridge uhin-gidak litio-niobatoko materialetan grabatu daitezke grabaketa lehorreko prozesu optimizatuaren bidez, eta eratutako uhin-gidaren errefrakzio-indizearen diferentzia 0,8 baino gehiago irits daiteke (tradizionalaren errefrakzio-indizearen aldea baino askoz handiagoa). litio niobato uhin-gidak 0,02), 1. Irudian erakusten den moduan. Oso mugatutako uhin-gidari esker, errazagoa da argi-eremua mikrouhin-eremuarekin lotzea modulatzailea diseinatzean. Beraz, onuragarria da uhin erdiko tentsio txikiagoa eta modulazio-banda zabalera handiagoa lortzea luzera laburrago batean.
Galera baxuko litio niobato submikron uhin-gidaren agerpenak litio-niobato elektro-optikoko modulatzaile tradizionalaren gidatzeko tentsio altuaren lepoa hausten du. Elektrodoen tartea ~ 5 μm-ra murriztu daiteke, eta eremu elektrikoaren eta modu optikoaren eremuaren arteko gainjartzea asko handitzen da, eta vπ ·L 20 V·cm baino gehiagotik 2,8 V·cm baino gutxiagora jaisten da. Hori dela eta, uhin erdiko tentsio berean, gailuaren luzera asko murriztu daiteke modulatzaile tradizionalarekin alderatuta. Aldi berean, uhin-elektrodo ibiltariaren zabalera, lodiera eta tartearen parametroak optimizatu ondoren, irudian ikusten den moduan, modulatzaileak 100 GHz baino handiagoa den modulazio handiko banda-zabalera izan dezake.
1. irudia （a） kalkulatutako moduaren banaketa eta （b） LN uhin-gidaren zehar-ebakiaren irudia
2. irudia （a） Uhin-gidaren eta elektrodoen egitura eta (b) LN modulatzailearen nukleo-plaka
Film meheko litio-niobato-moduladoreen konparaketa litio-niobato-modulatzaile komertzialekin, silizioan oinarritutako modulatzaileekin eta indio fosfuroarekin (InP) modulagailuekin eta abiadura handiko beste modulatzaile elektrooptikoekin alderatuz gero, konparaketaren parametro nagusiak hauek dira:
(1) Uhin erdiko volt-luzera produktua (vπ ·L, V·cm), modulatzailearen modulazio-eraginkortasuna neurtuz, zenbat eta txikiagoa izan balio, orduan eta modulazio-eraginkortasun handiagoa;
(2) 3 dB modulazioko banda zabalera (GHz), modulatzaileak maiztasun handiko modulazioarekiko duen erantzuna neurtzen duena;
(3) Sartze optikoaren galera (dB) modulazio-eskualdean. Taulan ikus daiteke film meheko litio niobato modulatzaileak abantaila nabariak dituela modulazioko banda-zabaleran, uhin erdiko tentsioan, interpolazio optikoaren galeran eta abarretan.
Silizioa, optoelektronika integratuaren oinarri gisa, orain arte garatu da, prozesua heldua da, bere miniaturizazioa gailu aktibo/pasiboen eskala handiko integraziorako lagungarria da eta bere moduladorea zabal eta sakonki aztertu da optikoen arloan. komunikazioa. Silizioaren modulazio elektro-optikoa mekanismoa batez ere eramailearen depleg-zioa, eramailearen injekzioa eta eramailearen metaketa da. Horien artean, modulagailuaren banda-zabalera optimoa da gradu linealeko eramailearen agortze-mekanismoarekin, baina eremu optikoaren banaketa agortze-eskualdearen ez-uniformitatearekin gainjartzen denez, efektu honek bigarren mailako distortsio ez-lineala eta hirugarren mailako intermodulazio-distortsioa sartuko ditu. terminoak, eramaileak argian duen xurgapen-efektuarekin batera, modulazio optikoaren anplitudea eta seinalearen distortsioa murriztea ekarriko duena.
InP modulatzaileak efektu elektro-optiko bikainak ditu, eta geruza anitzeko putzu kuantikoaren egiturak abiadura ultra-altuko eta gidatzeko tentsio baxuko modulagailuak egin ditzake Vπ·L 0,156V · mm-rekin. Hala ere, eremu elektrikoarekiko errefrakzio-indizearen aldakuntzak termino linealak eta ez-linealak barne hartzen ditu, eta eremu elektrikoaren intentsitatea handitzeak bigarren mailako efektua nabarmen egingo du. Hori dela eta, silizio eta InP modulatzaile elektrooptikoek alborapena aplikatu behar dute pn junkzioa osatzeko funtzionatzen dutenean, eta pn junturak xurgapen-galera ekarriko du argira. Hala ere, bi hauen modulagailuaren tamaina txikia da, InP modulatzaile komertziala LN modulatzailearen 1/4 da. Modulazio-eraginkortasun handia, dentsitate handiko eta distantzia laburreko transmisio optikoko sare digitaletarako egokia, hala nola datu zentroak. Litio niobatoaren efektu elektro-optikoak ez du argia xurgatzeko mekanismorik eta galera txikia, distantzia luzeko koherentziarako egokia dena.komunikazio optikoaedukiera handiarekin eta tasa altuarekin. Mikrouhin-fotoiaren aplikazioan, Si eta InP-ren koefiziente elektro-optikoak ez-linealak dira, eta hori ez da egokia linealtasun handia eta dinamika handia dakarten mikrouhin-fotoi sistemarako. Litio niobato materiala oso egokia da mikrouhin-fotoien aplikaziorako, modulazio elektrooptikoko koefiziente guztiz lineala duelako.
Argitalpenaren ordua: 2024-04-22