Mataas na pagganap ng electro-optic modulator: thin film lithium niobate modulator

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

Isang electro-optical modulator (EOM modulator) ay isang modulator na ginawa gamit ang electro-optical effect ng ilang electro-optical crystals, na maaaring mag-convert ng high-speed electronic signal sa mga communication device sa optical signal. Kapag ang electro-optic na kristal ay sumailalim sa isang inilapat na electric field, ang refractive index ng electro-optic na kristal ay magbabago, at ang mga katangian ng optical wave ng kristal ay magbabago din nang naaayon, upang mapagtanto ang modulasyon ng amplitude, phase at polarization state ng optical signal, at i-convert ang high-speed electronic signal sa aparato ng komunikasyon sa isang optical signal sa pamamagitan ng modulation.

Sa kasalukuyan, mayroong tatlong pangunahing uri ngelectro-optic modulatorssa merkado: mga modulator na nakabatay sa silikon, mga modulator ng indium phosphide at manipis na pelikulalithium niobate modulator. Kabilang 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 transceiver module modulator, indium phosphide kahit na angkop para sa medium-long distance optical communication network transceiver module, ngunit ang mga kinakailangan sa proseso ng pagsasama ay napakataas, ang gastos ay medyo mataas, ang application ay napapailalim sa ilang mga limitasyon. Sa kaibahan, ang lithium niobate crystal ay hindi lamang mayaman sa photoelectric effect, set photorefractive effect, nonlinear effect, electro-optical effect, acoustic optical effect, piezoelectric effect at thermoelectric effect ay katumbas ng isa, at salamat sa lattice structure nito at rich defect structure, maraming mga katangian ng lithium niobate ang maaaring lubos na ma-regulate ng crystal composition, state control doping, atbp. electro-optical coefficient na hanggang 30.9pm/V, makabuluhang mas mataas 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 oras sa panahon ng laser pulse transmission process. Ang mas malaking chirp effect ay nagreresulta sa mas mababang signal-to-noise ratio at isang nonlinear effect), isang magandang extinction ratio ng estado ng signal (ang average na power ratio ng "off" na device nito, at ang average na power ratio ng "off" na device nito, at ang average na power ratio ng "off" na device nito. katatagan. Bilang karagdagan, ang mekanismo ng pagtatrabaho ng thin film lithium niobate modulator ay iba sa silicon-based modulator at indium phosphide modulator gamit ang nonlinear modulation method, na gumagamit ng linear electro-optical effect upang mai-load ang electrically modulated signal papunta sa optical carrier, at ang modulation rate ay pangunahing tinutukoy ng performance ng microwave electrode, kaya ang mas mataas na modulation speed at mas mababang linearity ay maaaring makamit ang mas mataas na modulation speed at mas mababang linearity. Batay sa itaas, ang lithium niobate ay naging isang mainam na pagpipilian para sa paghahanda ng mga high-performance na electro-optic modulators, 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 mahabang distansya ng transmission na higit sa 100 kilometro.

Ang Lithium niobate bilang isang subersibong materyal ng "photon revolution", bagaman kumpara sa silikon at indium phosphide ay may maraming mga pakinabang, ngunit madalas itong lumilitaw sa anyo ng isang bulk na materyal sa aparato, ang ilaw ay limitado sa plane waveguide na nabuo sa pamamagitan ng pagsasabog ng ion o proton exchange, ang pagkakaiba ng refractive index ay karaniwang medyo maliit (mga 0.02 ang laki), ang laki ng aparato. Mahirap matugunan ang mga pangangailangan ng miniaturization at pagsasama ngmga optical device, at ang linya ng produksyon nito ay naiiba pa rin sa aktwal na linya ng proseso ng microelectronics, at may 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 modulators.