Mas mataas na integrated manipis na film lithium niobate electro-optic modulator

Mataas na pagkakasunud -sunodElectro-optic modulatorat application ng microwave photon
Sa pagtaas ng mga kinakailangan ng mga sistema ng komunikasyon, upang higit na mapabuti ang kahusayan ng paghahatid ng mga signal, ang mga tao ay mag -fuse ng mga photon at electron upang makamit ang mga pantulong na pakinabang, at ipanganak ang mga photonics ng microwave. Ang electro-optical modulator ay kinakailangan para sa pag-convert ng kuryente upang magaan saMicrowave Photonic Systems, at ang pangunahing hakbang na ito ay karaniwang tumutukoy sa pagganap ng buong sistema. Dahil ang pag -convert ng signal ng dalas ng radyo sa optical domain ay isang proseso ng analog signal, at ordinaryongElectro-optical modulatorsMagkaroon ng likas na hindi pagkakapareho, mayroong malubhang pagbaluktot ng signal sa proseso ng conversion. Upang makamit ang tinatayang linear modulation, ang operating point ng modulator ay karaniwang naayos sa orthogonal bias point, ngunit hindi pa rin nito matugunan ang mga kinakailangan ng microwave photon link para sa pagkakasunud -sunod ng modulator. Ang mga electro-optic modulators na may mataas na pagkakasunud-sunod ay kinakailangan.

Ang high-speed refractive index modulation ng mga materyales na silikon ay karaniwang nakamit ng libreng carrier plasma dispersion (FCD) na epekto. Parehong ang FCD effect at PN junction modulation ay nonlinear, na ginagawang mas guhit ang Silicon Modulator kaysa sa lithium niobate modulator. Ang Lithium Niobate Materials ay nagpapakita ng mahusayElectro-optical modulationmga katangian dahil sa kanilang epekto sa pucker. Kasabay nito, ang materyal na lithium niobate ay may mga pakinabang ng malaking bandwidth, mahusay na mga katangian ng modulation, mababang pagkawala, madaling pagsasama at pagiging tugma sa proseso ng semiconductor, ang paggamit ng manipis na film lithium niobate upang makagawa ng high-performance electro-optical modulator, kumpara sa silicon halos walang "maikling plate", ngunit din upang makamit ang mataas na pagkakasunud-sunod. Ang manipis na film lithium niobate (LNOI) electro-optic modulator sa insulator ay naging isang promising direksyon ng pag-unlad. Sa pag-unlad ng manipis na film lithium niobate na teknolohiya ng paghahanda ng materyal at teknolohiya ng waveguide etching, ang mataas na kahusayan ng conversion at mas mataas na pagsasama ng manipis na film lithium niobate electro-optic modulator ay naging larangan ng internasyonal na akademya at industriya.

Mga katangian ng manipis na film lithium niobate
Sa pagpaplano ng Estados Unidos ay gumawa ng sumusunod na pagsusuri ng mga materyales na lithium niobate: Kung ang sentro ng elektronikong rebolusyon ay pinangalanan pagkatapos ng materyal na silikon na ginagawang posible, kung gayon ang lugar ng kapanganakan ng rebolusyon ng photonics ay malamang na pinangalanan pagkatapos ng 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 silikon sa larangan ng optika.

Sa mga tuntunin ng mga katangian ng paghahatid ng optical, ang materyal ng INP ay may pinakamalaking pagkawala ng paghahatid ng on-chip dahil sa pagsipsip ng ilaw sa karaniwang ginagamit na 1550nm band. Ang SIO2 at silikon nitride ay may pinakamahusay na mga katangian ng paghahatid, at ang pagkawala ay maaaring maabot ang antas ng ~ 0.01dB/cm; Sa kasalukuyan, ang pagkawala ng waveguide ng manipis na film na lithium niobate waveguide ay maaaring maabot ang antas ng 0.03dB/cm, at ang pagkawala ng manipis na film na lithium niobate waveguide ay may potensyal na higit na mabawasan sa patuloy na pagpapabuti ng antas ng teknolohikal sa hinaharap. Samakatuwid, ang manipis na film lithium niobate na materyal ay magpapakita ng mahusay na pagganap para sa mga passive light na istruktura tulad ng photosynthetic path, shunt at microring.

Sa mga tuntunin ng light generation, ang INP lamang ang may kakayahang maglabas ng ilaw nang direkta; Samakatuwid, para sa aplikasyon ng mga photon ng microwave, kinakailangan upang ipakilala ang mapagkukunan ng ilaw na batay sa INP sa LNOI na nakabase sa photonic integrated chip sa pamamagitan ng paraan ng pag -backload ng welding o paglaki ng epitaxial. Sa mga tuntunin ng light modulation, binibigyang diin sa itaas na ang manipis na film lithium niobate na materyal ay mas madaling makamit ang mas malaking bandwidth ng modulation, mas mababang kalahating alon na boltahe at mas mababang pagkawala ng paghahatid kaysa sa INP at SI. Bukod dito, ang mataas na pagkakasunud-sunod ng electro-optical modulation ng manipis na film lithium niobate na materyales ay mahalaga para sa lahat ng mga application ng microwave photon.

Sa mga tuntunin ng optical ruta, ang mataas na bilis ng electro-optical na tugon ng manipis na film lithium niobate material ay ginagawang ang LNOI based optical switch na may kakayahang high-speed optical ruta ng paglipat, at ang pagkonsumo ng kuryente ng naturang high-speed switch ay napakababa din. Para sa tipikal na aplikasyon ng pinagsamang teknolohiya ng microwave photon, ang optically control beamforming chip ay may kakayahan ng high-speed switch upang matugunan ang mga pangangailangan ng mabilis na pag-scan ng beam, at ang mga katangian ng pagkonsumo ng ultra-mababang kapangyarihan ay mahusay na inangkop sa mahigpit na mga kinakailangan ng malalaking phased array system. Bagaman ang INP based optical switch ay maaari ring mapagtanto ang high-speed optical path na lumilipat, ipakikilala nito ang malaking ingay, lalo na kung ang multilevel optical switch ay cascaded, ang koepisyent ng ingay ay malubhang lumala. Ang mga materyales na silikon, SiO2 at silikon nitride ay maaari lamang lumipat ng mga optical na landas sa pamamagitan ng thermo-optical effect o epekto ng pagpapakalat ng carrier, na may mga kawalan ng mataas na pagkonsumo ng kuryente at mabagal na bilis ng paglipat. Kapag malaki ang laki ng array ng phased array, hindi nito matugunan ang mga kinakailangan ng pagkonsumo ng kuryente.

Sa mga tuntunin ng optical amplification, angSemiconductor optical amplifier (SOA) Batay sa INP ay naging mature para sa komersyal na paggamit, ngunit mayroon itong mga kawalan ng mataas na koepisyent ng ingay at mababang lakas ng output ng saturation, na hindi kaaya -aya sa aplikasyon ng mga photon ng microwave. Ang proseso ng pagpapalakas ng parametric ng manipis na film na lithium niobate waveguide batay sa pana-panahong pag-activate at pag-iikot ay maaaring makamit ang mababang ingay at mataas na kapangyarihan on-chip optical amplification, na maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng integrated microwave photon na teknolohiya para sa on-chip optical amplification.

Sa mga tuntunin ng light detection, ang manipis na film lithium niobate ay may mahusay na mga katangian ng paghahatid upang magaan sa 1550 nm band. Ang pag -andar ng pag -convert ng photoelectric ay hindi maisasakatuparan, kaya para sa mga aplikasyon ng microwave photon, upang matugunan ang mga pangangailangan ng photoelectric conversion sa chip. Ang mga yunit ng deteksyon ng InGaaS o Ge-Si ay kailangang ipakilala sa LNOI na nakabase sa photonic integrated chips sa pamamagitan ng backloading welding o epitaxial growth. Sa mga tuntunin ng pagkabit na may optical fiber, dahil ang optical fiber mismo ay ang SIO2 material, ang mode na patlang ng SIO2 waveguide ay may pinakamataas na degree na pagtutugma sa larangan ng mode ng optical fiber, at ang pagkabit ay ang pinaka maginhawa. Ang diameter ng patlang ng mode ng malakas na paghihigpit na waveguide ng manipis na film lithium niobate ay tungkol sa 1μm, na kung saan ay naiiba sa mode na patlang ng optical fiber, kaya ang tamang mode na pagbabagong -anyo ay dapat isagawa upang tumugma sa mode na patlang ng optical fiber.

Sa mga tuntunin ng pagsasama, kung ang iba't ibang mga materyales ay may isang mataas na potensyal na pagsasama ay nakasalalay sa pangunahin sa baluktot na radius ng waveguide (apektado ng limitasyon ng patlang ng Waveguide Mode). Ang malakas na paghihigpit na waveguide ay nagbibigay -daan sa isang mas maliit na baluktot na radius, na kung saan ay mas kaaya -aya sa pagsasakatuparan ng mataas na pagsasama. Samakatuwid, ang manipis na film na lithium niobate waveguides ay may potensyal na makamit ang mataas na pagsasama. Samakatuwid, ang hitsura ng manipis na film lithium niobate ay ginagawang posible para sa lithium niobate na materyal upang talagang i -play ang papel ng optical "silikon". Para sa aplikasyon ng mga photon ng microwave, ang mga pakinabang ng manipis na film lithium niobate ay mas malinaw.