Mas mataas na pinagsamang manipis na pelikulang lithium niobate electro-optic modulator

Mataas na linearidadmodulator na elektro-optikoat aplikasyon ng microwave photon
Dahil sa pagtaas ng mga pangangailangan ng mga sistema ng komunikasyon, upang higit pang mapabuti ang kahusayan sa pagpapadala ng mga signal, pagsasamahin ng mga tao ang mga photon at electron upang makamit ang mga komplementaryong bentahe, at isisilang ang microwave photonics. Ang electro-optical modulator ay kailangan para sa conversion ng kuryente tungo sa liwanag.mga sistemang photonic ng microwave, at ang mahalagang hakbang na ito ay karaniwang tumutukoy sa pagganap ng buong sistema. Dahil ang pag-convert ng signal ng radio frequency sa optical domain ay isang proseso ng analog signal, at karaniwanmga electro-optical modulatorDahil mayroon itong likas na nonlinearity, mayroong malubhang signal distortion sa proseso ng conversion. Upang makamit ang tinatayang linear modulation, ang operating point ng modulator ay karaniwang nakapirmi sa orthogonal bias point, ngunit hindi pa rin nito matugunan ang mga kinakailangan ng microwave photon link para sa linearity ng modulator. Ang mga electro-optic modulator na may mataas na linearity ay agarang kailangan.

Ang high-speed refractive index modulation ng mga materyales na silicon ay karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng free carrier plasma dispersion (FCD) effect. Parehong nonlinear ang FCD effect at PN junction modulation, na ginagawang hindi gaanong linear ang silicon modulator kaysa sa lithium niobate modulator. Ang mga materyales na lithium niobate ay nagpapakita ng mahusay na pagganap.modulasyong elektro-optikalmga katangian dahil sa kanilang Pucker effect. Kasabay nito, ang materyal na lithium niobate ay may mga bentahe ng malaking bandwidth, mahusay na katangian ng modulasyon, mababang pagkawala, madaling pagsasama at pagiging tugma sa proseso ng semiconductor, ang paggamit ng thin film lithium niobate upang makagawa ng high-performance electro-optical modulator, kumpara sa silicon halos walang "short plate", ngunit nakakamit din ng mataas na linearity. Ang thin film lithium niobate (LNOI) electro-optic modulator sa insulator ay naging isang promising na direksyon sa pag-unlad. Sa pag-unlad ng teknolohiya sa paghahanda ng materyal na thin film lithium niobate at teknolohiya sa waveguide etching, ang mataas na conversion efficiency at mas mataas na pagsasama ng thin film lithium niobate electro-optic modulator ay naging larangan ng internasyonal na akademya at industriya.

Mga katangian ng manipis na pelikulang lithium niobate
Sa Estados Unidos, ang DAP AR planning ay gumawa ng sumusunod na pagsusuri sa mga materyales na lithium niobate: kung ang sentro ng elektronikong rebolusyon ay ipinangalan sa materyal na silicon na siyang dahilan kung bakit ito posible, ang lugar ng kapanganakan ng photonics revolution ay malamang na ipangalan sa lithium niobate. Ito ay dahil ang lithium niobate ay nagsasama ng electro-optical effect, acousto-optical effect, piezoelectric effect, thermoelectric effect at photorefractive effect sa isa, tulad ng mga materyales na silicon sa larangan ng optika.

Sa mga tuntunin ng mga katangian ng optical transmission, ang materyal na InP ay may pinakamalaking on-chip transmission loss dahil sa pagsipsip ng liwanag sa karaniwang ginagamit na 1550nm band. Ang SiO2 at silicon nitride ang may pinakamahusay na katangian ng transmission, at ang loss ay maaaring umabot sa antas na ~ 0.01dB/cm; Sa kasalukuyan, ang waveguide loss ng thin-film lithium niobate waveguide ay maaaring umabot sa antas na 0.03dB/cm, at ang loss ng thin-film lithium niobate waveguide ay may potensyal na mabawasan pa sa patuloy na pagpapabuti ng antas ng teknolohiya sa hinaharap. Samakatuwid, ang thin film lithium niobate na materyal ay magpapakita ng mahusay na pagganap para sa mga passive light structure tulad ng photosynthetic path, shunt at microring.

Sa usapin ng pagbuo ng liwanag, tanging ang InP lamang ang may kakayahang maglabas ng liwanag nang direkta; Samakatuwid, para sa aplikasyon ng mga microwave photon, kinakailangang ipakilala ang pinagmumulan ng liwanag na nakabatay sa InP sa LNOI based photonic integrated chip sa pamamagitan ng backloading welding o epitaxial growth. Sa usapin ng light modulation, binigyang-diin sa itaas na ang thin film lithium niobate material ay mas madaling makamit ang mas malaking modulation bandwidth, mas mababang half-wave voltage at mas mababang transmission loss kaysa sa InP at Si. Bukod dito, ang mataas na linearity ng electro-optical modulation ng mga thin film lithium niobate material ay mahalaga para sa lahat ng aplikasyon ng microwave photon.

Sa usapin ng optical routing, ang high-speed electro-optical response ng thin film lithium niobate material ay ginagawang kaya ng LNOI based optical switch ang high-speed optical routing switching, at napakababa rin ng konsumo ng kuryente ng naturang high-speed switching. Para sa tipikal na aplikasyon ng integrated microwave photon technology, ang optically controlled beamforming chip ay may kakayahang high-speed switching upang matugunan ang mga pangangailangan ng mabilis na beam scanning, at ang mga katangian ng ultra-low power consumption ay mahusay na iniangkop sa mahigpit na mga kinakailangan ng large-scale phased array system. Bagama't ang InP based optical switch ay maaari ring magsagawa ng high-speed optical path switching, magdudulot ito ng malaking ingay, lalo na kapag ang multilevel optical switch ay naka-cascade, ang noise coefficient ay lubhang masisira. Ang mga materyales na Silicon, SiO2 at silicon nitride ay maaari lamang lumipat ng mga optical path sa pamamagitan ng thermo-optical effect o carrier dispersion effect, na may mga disbentaha ng mataas na konsumo ng kuryente at mabagal na bilis ng switching. Kapag malaki ang laki ng array ng phased array, hindi nito matutugunan ang mga kinakailangan ng konsumo ng kuryente.

Sa usapin ng optical amplification, angsemiconductor optical amplifier (SOA) batay sa InP ay hinog na para sa komersyal na paggamit, ngunit mayroon itong mga disbentaha ng mataas na coefficient ng ingay at mababang saturation output power, na hindi nakakatulong sa aplikasyon ng mga microwave photon. Ang proseso ng parametric amplification ng thin-film lithium niobate waveguide batay sa pana-panahong pag-activate at inversion ay maaaring makamit ang mababang ingay at mataas na power on-chip optical amplification, na maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng integrated microwave photon technology para sa on-chip optical amplification.

Sa usapin ng pagtuklas ng liwanag, ang thin film lithium niobate ay may mahusay na katangian ng transmisyon sa liwanag sa 1550 nm band. Hindi maisasakatuparan ang tungkulin ng photoelectric conversion, kaya para sa mga aplikasyon ng microwave photon, upang matugunan ang mga pangangailangan ng photoelectric conversion sa chip, kailangang ipakilala ang mga InGaAs o Ge-Si detection unit sa mga LNOI based photonic integrated chip sa pamamagitan ng backloading welding o epitaxial growth. Sa usapin ng pagkabit sa optical fiber, dahil ang optical fiber mismo ay materyal na SiO2, ang mode field ng SiO2 waveguide ang may pinakamataas na antas ng pagtutugma sa mode field ng optical fiber, at ang pagkabit ang pinaka-maginhawa. Ang diameter ng mode field ng strongly restricted waveguide ng thin film lithium niobate ay humigit-kumulang 1μm, na medyo naiiba sa mode field ng optical fiber, kaya dapat isagawa ang wastong mode spot transformation upang tumugma sa mode field ng optical fiber.

Sa usapin ng integrasyon, ang mataas na potensyal ng integrasyon ng iba't ibang materyales ay pangunahing nakasalalay sa bending radius ng waveguide (na apektado ng limitasyon ng waveguide mode field). Ang mahigpit na pinaghihigpitang waveguide ay nagbibigay-daan sa mas maliit na bending radius, na mas nakakatulong sa pagsasakatuparan ng mataas na integrasyon. Samakatuwid, ang mga thin-film lithium niobate waveguide ay may potensyal na makamit ang mataas na integrasyon. Samakatuwid, ang paglitaw ng thin film lithium niobate ay ginagawang posible para sa materyal na lithium niobate na talagang gumanap ng papel bilang optical "silicon". Para sa aplikasyon ng mga microwave photon, mas halata ang mga bentahe ng thin film lithium niobate.