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

Mataas na linearityelectro-optic modulatorat microwave photon application
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 magsasama ng mga photon at electron upang makamit ang mga pantulong na pakinabang, at ang microwave photonics ay isisilang. Ang electro-optical modulator ay kailangan para sa conversion ng kuryente sa light inmicrowave photonic system, at ang pangunahing hakbang na ito ay karaniwang tinutukoy ang pagganap ng buong system. Dahil ang conversion ng radio frequency signal sa optical domain ay isang analog signal process, at ordinaryoelectro-optical modulatorsmay likas na nonlinearity, 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 linearity ng modulator. Ang mga electro-optic modulator na may mataas na linearity ay agarang kailangan.

Ang high-speed refractive index modulation ng mga silikon na materyales ay karaniwang nakakamit ng libreng carrier plasma dispersion (FCD) effect. Parehong nonlinear ang epekto ng FCD at PN junction modulation, na ginagawang mas kaunting linear ang silicon modulator kaysa sa lithium niobate modulator. Ang mga materyales ng Lithium niobate ay nagpapakita ng mahusayelectro-optical modulasyonmga katangian dahil sa kanilang Pucker effect. Kasabay nito, ang materyal ng lithium niobate ay may mga pakinabang ng malaking bandwidth, mahusay na mga katangian ng modulasyon, mababang pagkawala, madaling pagsasama at pagiging tugma sa proseso ng semiconductor, ang paggamit ng manipis na film lithium niobate upang makagawa ng mataas na pagganap na electro-optical modulator, kumpara sa silikon halos walang "short plate", ngunit din upang makamit ang mataas na linearity. Ang manipis na film lithium niobate (LNOI) electro-optic modulator sa insulator ay naging isang promising na direksyon ng pag-unlad. Sa pag-unlad ng manipis na film lithium niobate na teknolohiya sa paghahanda ng materyal at teknolohiya ng waveguide etching, ang mataas na kahusayan ng conversion 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 thin film lithium niobate
Sa Estados Unidos, ginawa ng pagpaplano ng DAP AR ang sumusunod na pagsusuri ng mga materyal na lithium niobate: kung ang sentro ng elektronikong rebolusyon ay ipinangalan sa materyal na silikon na ginagawang posible, kung gayon ang lugar ng kapanganakan ng photonics revolution ay malamang na ipangalan sa lithium niobate . Ito ay dahil isinasama ng lithium niobate ang electro-optical effect, acousto-optical effect, piezoelectric effect, thermoelectric effect at photorefractive effect sa isa, tulad ng mga silicon na materyales sa larangan ng optika.

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

Sa mga tuntunin ng pagbuo ng liwanag, ang InP lamang ang may kakayahang direktang maglabas ng liwanag; Samakatuwid, para sa aplikasyon ng mga microwave photon, kinakailangang ipakilala ang InP based light source sa LNOI based photonic integrated chip sa pamamagitan ng backloading welding o epitaxial growth. Sa mga tuntunin ng light modulation, binigyang-diin sa itaas na ang thin film na lithium niobate na materyal ay mas madaling makamit ang mas malaking modulation bandwidth, mas mababang kalahating wave na boltahe at mas mababang pagkawala ng transmission kaysa sa InP at Si. Bukod dito, ang mataas na linearity ng electro-optical modulation ng thin film lithium niobate na materyales ay mahalaga para sa lahat ng mga aplikasyon ng microwave photon.

Sa mga tuntunin ng optical routing, ang mataas na bilis ng electro-optical na tugon ng manipis na film na lithium niobate na materyal ay gumagawa ng LNOI based optical switch na may kakayahang high-speed optical routing switching, at ang paggamit ng kuryente ng naturang high-speed switching ay napakababa rin. Para sa karaniwang aplikasyon ng integrated microwave photon technology, ang optically controlled beamforming chip ay may kakayahan ng high-speed switching upang matugunan ang mga pangangailangan ng mabilis na pag-scan ng beam, at ang mga katangian ng ultra-low power consumption ay mahusay na inangkop sa mahigpit na pangangailangan ng malalaking -scale phased array system. Kahit na ang InP based optical switch ay maaari ring mapagtanto ang high-speed optical path switching, ito ay magpapakilala ng malaking ingay, lalo na kapag ang multilevel optical switch ay cascaded, ang ingay coefficient ay seryosong masisira. Ang mga materyales ng Silicon, SiO2 at silicon nitride ay maaari lamang lumipat ng optical path sa pamamagitan ng thermo-optical effect o carrier dispersion effect, na may mga disadvantages ng mataas na paggamit ng kuryente at mabagal na bilis ng paglipat. Kapag ang laki ng array ng phased array ay malaki, hindi nito matutugunan ang mga kinakailangan ng paggamit ng kuryente.

Sa mga tuntunin ng optical amplification, angsemiconductor optical amplifier (SOA) batay sa InP ay naging mature na para sa komersyal na paggamit, ngunit mayroon itong mga disadvantages ng mataas na koepisyent ng ingay at mababang saturation output power, na hindi nakakatulong sa paggamit ng mga microwave photon. Ang proseso ng parametric amplification ng thin-film lithium niobate waveguide batay sa periodic activation at inversion ay maaaring makamit ang mababang ingay at mataas na power on-chip optical amplification, na mahusay na nakakatugon sa mga kinakailangan ng integrated microwave photon technology para sa on-chip optical amplification.

Sa mga tuntunin ng light detection, ang thin film lithium niobate ay may mahusay na mga katangian ng paghahatid sa liwanag sa 1550 nm band. Ang pag-andar ng photoelectric conversion ay hindi maisasakatuparan, kaya para sa microwave photon application, upang matugunan ang mga pangangailangan ng photoelectric conversion sa chip. Ang mga yunit ng pag-detect ng InGaAs o Ge-Si ay kailangang ipakilala sa LNOI based photonic integrated chips sa pamamagitan ng backloading welding o epitaxial growth. Sa mga tuntunin ng pagkabit sa optical fiber, dahil ang optical fiber mismo ay SiO2 material, ang mode field ng SiO2 waveguide ay may pinakamataas na antas ng pagtutugma sa mode field ng optical fiber, at ang pagkabit ay ang pinaka-maginhawa. Ang diameter ng mode field ng mahigpit na pinaghihigpitang waveguide ng thin film lithium niobate ay humigit-kumulang 1μm, na medyo naiiba sa mode field ng optical fiber, kaya dapat isagawa ang tamang mode spot transformation upang tumugma sa mode field ng optical fiber.

Sa mga tuntunin ng pagsasama, kung ang iba't ibang mga materyales ay may mataas na potensyal na pagsasama ay nakasalalay pangunahin sa baluktot na radius ng waveguide (naaapektuhan ng limitasyon ng field ng waveguide mode). Ang mahigpit na pinaghihigpitang waveguide ay nagbibigay-daan sa isang mas maliit na radius ng baluktot, na mas nakakatulong sa pagsasakatuparan ng mataas na pagsasama. Samakatuwid, ang thin-film 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 na talagang gumanap ng papel ng optical na "silicon". Para sa aplikasyon ng mga photon ng microwave, ang mga pakinabang ng thin film lithium niobate ay mas halata.