Mataas na pagganap na electro-optic modulator: manipis na film lithium niobate modulator

Mataas na pagganap na electro-optic modulator:manipis na pelikulang lithium niobate modulator

Isang electro-optical modulator (Modulator ng EOM) ay isang modulator na ginawa gamit ang electro-optical effect ng ilang electro-optical crystals, na kayang mag-convert ng mga high-speed electronic signal sa mga communication device tungo sa mga optical signal. Kapag ang electro-optic crystal ay isinailalim sa isang inilapat na electric field, ang refractive index ng electro-optic crystal ay magbabago, at ang mga optical wave characteristics ng crystal ay magbabago rin nang naaayon, upang maisakatuparan ang modulasyon ng amplitude, phase at polarization state ng optical signal, at ma-convert ang high-speed electronic signal sa communication device tungo sa isang optical signal sa pamamagitan ng modulasyon.

Sa kasalukuyan, mayroong tatlong pangunahing uri ngmga electro-optic modulatornasa merkado: mga modulator na nakabatay sa silicon, mga modulator na indium phosphide at manipis na pelikulamodulator ng lithium niobateKabilang sa mga ito, ang silikon ay walang direktang electro-optical coefficient, ang pagganap ay mas pangkalahatan, angkop lamang para sa produksyon ng short-distance data transmission transmission transmission module modulator, bagaman angkop ang indium phosphide para sa medium-long distance optical communication network transceiver module, ngunit ang mga kinakailangan sa proseso ng integrasyon ay napakataas, ang gastos ay medyo mataas, at ang aplikasyon ay napapailalim sa ilang mga limitasyon. Sa kabaligtaran, ang kristal ng lithium niobate ay hindi lamang mayaman sa photoelectric effect, ang set photorefractive effect, nonlinear effect, electro-optical effect, acoustic optical effect, piezoelectric effect at thermoelectric effect ay katumbas ng isa, at dahil sa istrukturang lattice at mayamang istrukturang depekto nito, maraming katangian ng lithium niobate ang maaaring lubos na makontrol ng komposisyon ng kristal, element doping, valence state control, atbp. Nakakamit ng superior photoelectric performance, tulad ng electro-optical coefficient na hanggang 30.9pm/V, na mas mataas nang malaki kaysa sa indium phosphide, at may maliit na chirp effect (chirp effect: tumutukoy sa phenomenon na ang frequency sa loob ng pulse ay nagbabago sa paglipas ng panahon habang isinasagawa ang proseso ng laser pulse transmission. Ang mas malaking chirp effect ay nagreresulta sa mas mababang signal-to-noise ratio at nonlinear effect), isang mahusay na extinction ratio (ang average power ratio ng "on" state ng signal sa "off" state nito), at superior device stability. Bukod pa rito, ang mekanismo ng paggana ng thin film lithium niobate modulator ay naiiba sa silicon-based modulator at indium phosphide modulator na gumagamit ng mga nonlinear modulation method, na gumagamit ng linear electro-optical effect upang i-load ang electrically modulated signal papunta sa optical carrier, at ang modulation rate ay pangunahing tinutukoy ng performance ng microwave electrode, kaya makakamit ang mas mataas na bilis at linearity ng modulation pati na rin ang mas mababang power consumption. Batay sa nabanggit, ang lithium niobate ay naging isang mainam na pagpipilian para sa paghahanda ng mga high-performance electro-optic modulator, na may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa 100G/400G coherent optical communication network at ultra-high-speed data center, at maaaring makamit ang mahahabang distansya ng transmission na higit sa 100 kilometro.

Ang Lithium niobate bilang isang subersibong materyal ng "rebolusyong photon", bagama't maraming bentahe kumpara sa silicon at indium phosphide, madalas itong lumilitaw sa anyo ng isang bulk na materyal sa aparato, ang liwanag ay limitado sa plane waveguide na nabuo sa pamamagitan ng ion diffusion o proton exchange, ang pagkakaiba sa refractive index ay karaniwang medyo maliit (mga 0.02), at ang laki ng aparato ay medyo malaki. Mahirap matugunan ang mga pangangailangan ng miniaturization at integration ngmga aparatong optikal, at ang linya ng produksyon nito ay iba pa rin sa aktwal na linya ng proseso ng microelectronics, at mayroong problema sa mataas na gastos, kaya ang pagbuo ng manipis na pelikula ay isang mahalagang direksyon ng pag-unlad para sa lithium niobate na ginagamit sa mga electro-optical modulator.