Héich integréierten Dënnfilm-Lithiumniobat elektroopteschen Modulator

Héich Linearitéitelektrooptesche Modulatoran Mikrowellenphotonenapplikatioun
Mat den zouhuelenden Ufuerderungen u Kommunikatiounssystemer, fir d'Transmissiounseffizienz vu Signaler weider ze verbesseren, wäerten d'Leit Photonen an Elektronen fusionéieren, fir komplementär Virdeeler z'erreechen, an d'Mikrowellenphotonik wäert entstoen. Den elektrooptesche Modulator ass néideg fir d'Ëmwandlung vun Elektrizitéit a Liicht an ...Mikrowellen-photonesch Systemer, an dëse Schlësselschrëtt bestëmmt normalerweis d'Leeschtung vum ganze System. Well d'Ëmwandlung vu Radiofrequenzsignaler an optesch Beräicher en analoge Signalprozess ass, an normalelektrooptesch ModulatorenWann d'Modulatoren eng inherent Netlinearitéit hunn, gëtt et eng eescht Signalverzerrung am Konversiounsprozess. Fir eng ongeféier linear Modulatioun z'erreechen, ass den Operatiounspunkt vum Modulator normalerweis um orthogonalen Biaspunkt fixéiert, awer en erfëllt d'Ufuerderunge vun der Mikrowellenphotonenverbindung fir d'Linearitéit vum Modulator ëmmer nach net. Elektrooptesch Modulatoren mat héijer Linearitéit gi dringend gebraucht.

Déi séier Breechungsindexmodulatioun vu Siliziummaterialien gëtt normalerweis duerch den FCD-Effekt (Free Carrier Plasma Dispersion) erreecht. Souwuel den FCD-Effekt wéi och d'PN-Junction-Modulation sinn netlinear, wat de Siliziummodulator manner linear mécht wéi de Lithiumniobatmodulator. Lithiumniobatmaterialien weisen exzellent ...elektrooptesch ModulatiounEegeschafte wéinst hirem Pucker-Effekt. Gläichzäiteg huet Lithiumniobat-Material d'Virdeeler vun enger grousser Bandbreet, gudde Modulatiounseigenschaften, niddrege Verloschter, einfacher Integratioun a Kompatibilitéit mat Hallefleitprozesser. D'Benotzung vu Dënnfilm-Lithiumniobat fir héichperformant elektrooptesch Modulatoren ze maachen, am Verglach mat Silizium bal keng "kuerz Plack", awer och fir eng héich Linearitéit z'erreechen. Den elektroopteschen Modulator vun Dënnfilm-Lithiumniobat (LNOI) op engem Isolator ass eng villverspriechend Entwécklungsrichtung ginn. Mat der Entwécklung vun der Technologie fir d'Virbereedung vu Dënnfilm-Lithiumniobat-Material an der Wellenleiter-Ätztechnologie ass déi héich Konversiounseffizienz an déi méi héich Integratioun vum elektroopteschen Modulator vun Dënnfilm-Lithiumniobat zum Gebitt vun der internationaler Akademie an der Industrie ginn.

xgfd

Charakteristike vun Dënnfilmlithiumniobat
An den USA huet d'DAP AR Planning déi folgend Evaluatioun vu Lithiumniobatmaterialien gemaach: wann den Zentrum vun der elektronescher Revolutioun no dem Siliziummaterial benannt gëtt, dat se méiglech mécht, dann ass et wahrscheinlech, datt de Gebuertsplaz vun der Photonikrevolutioun no Lithiumniobat benannt gëtt. Dëst läit dorun, datt Lithiumniobat elektrooptesch Effekter, akustooptesch Effekter, piezoelektresch Effekter, thermoelektresch Effekter a photorefraktiv Effekter an engem integréiert, genee wéi Siliziummaterialien am Beräich vun der Optik.

Wat d'optesch Transmissiounseigenschaften ugeet, huet den InP-Material dee gréissten On-Chip-Transmissiounsverloscht wéinst der Absorptioun vu Liicht am übleche 1550nm-Band. SiO2 a Siliziumnitrid hunn déi bescht Transmissiounseigenschaften, an de Verloscht kann op en Niveau vun ~ 0,01dB/cm erreechen; Am Moment kann de Wellenleiterverloscht vum Dënnfilm-Lithiumniobat-Wellenleiter en Niveau vun 0,03dB/cm erreechen, an de Verloscht vum Dënnfilm-Lithiumniobat-Wellenleiter huet de Potenzial, weider reduzéiert ze ginn, mat der kontinuéierlecher Verbesserung vum technologeschen Niveau an der Zukunft. Dofir wäert den Dënnfilm-Lithiumniobatmaterial eng gutt Leeschtung fir passiv Liichtstrukturen wéi photosynthetesch Weeër, Shunts a Mikroréng weisen.

Wat d'Liichtgeneratioun ugeet, kann nëmmen InP direkt Liicht emittéieren; dofir ass et fir d'Uwendung vu Mikrowellenphotonen néideg, d'InP-baséiert Liichtquell op den LNOI-baséierten photoneschen integréierte Chip iwwer Récklastungsschweessen oder epitaktesch Wuesstem anzeféieren. Wat d'Liichtmodulatioun ugeet, gouf uewe betount, datt Dënnschicht-Lithium-Niobat-Material méi einfach eng méi grouss Modulatiounsbandbreet, eng méi niddreg Hallefwellespannung a méi niddrege Transmissiounsverloscht erreecht wéi InP a Si. Ausserdeem ass déi héich Linearitéit vun der elektrooptescher Modulatioun vun Dënnschicht-Lithium-Niobat-Materialien essentiell fir all Mikrowellenphotonen-Uwendungen.

Wat d'optesch Routing ugeet, mécht déi héichgeschwindeg elektrooptesch Äntwert vum Dënnfilm-Lithiumniobatmaterial den op LNOI baséierten optesche Schalter fäeg, optesch Routing mat héijer Geschwindegkeet ze schalten, an de Stroumverbrauch vun esou engem Héichgeschwindegkeetsschalten ass och ganz niddreg. Fir déi typesch Uwendung vun der integréierter Mikrowellenphotonentechnologie huet den optesch gesteierten Strahlformungschip d'Fäegkeet, Héichgeschwindegkeet ze schalten, fir d'Bedierfnesser vum schnelle Strahlscannen ze erfëllen, an d'Charakteristike vum ultra-niddrege Stroumverbrauch sinn gutt un déi streng Ufuerderunge vu grousse Phased-Array-Systemer ugepasst. Och wann den optesche Schalter op InP baséierten och Héichgeschwindegkeet optesch Wee-Schalten realiséiere kann, wäert en e groussen Rauschen aféieren, besonnesch wann de Multilevel-optesche Schalter kaskadéiert ass, wouduerch de Rauschkoeffizient eescht verschlechtert gëtt. Silizium-, SiO2- a Siliziumnitridmaterialien kënnen optesch Weeër nëmmen duerch den thermoopteschen Effekt oder den Trägerdispersiounseffekt wiesselen, wat d'Nodeeler vun héijem Stroumverbrauch a lueser Schaltgeschwindegkeet huet. Wann d'Arraygréisst vum Phased-Array grouss ass, kann en d'Ufuerderunge vum Stroumverbrauch net erfëllen.

Wat d'optesch Verstärkung ugeet,Halbleiter-opteschen Verstärker (SOA) baséiert op InP ass fir kommerziell Notzung reif genuch gewiescht, awer et huet d'Nodeeler vun engem héije Rauschkoeffizient an enger gerénger Sättigungsleistung, wat net gëeegent ass fir d'Uwendung vu Mikrowellephotonen. De parametresche Verstärkungsprozess vum Dënnfilm-Lithium-Niobat-Wellenleiter baséiert op periodescher Aktivéierung an Inversioun kann eng On-Chip-optesch Verstärkung mat geréngem Rausch an héijer Leeschtung erreechen, wat d'Ufuerderunge vun der integréierter Mikrowellephotonentechnologie fir On-Chip-optesch Verstärkung gutt erfëlle kann.

Wat d'Liichtdetektioun ugeet, huet den Dënnschicht-Lithiumniobat gutt Transmissiounseigenschaften fir Liicht am 1550 nm Band. D'Funktioun vun der photoelektrescher Konversioun kann net realiséiert ginn, dofir mussen InGaAs- oder Ge-Si-Detektiounseenheeten op LNOI-baséierte photonesch integréierte Chips duerch Récklastungsschweessen oder epitaktesch Wuesstem agefouert ginn, fir d'Bedierfnesser vun der photoelektrescher Konversioun um Chip ze erfëllen. Wat d'Kopplung mat der optescher Faser ugeet, well d'optesch Faser selwer aus SiO2-Material besteet, huet de Modusfeld vum SiO2-Wellenleiter deen héchste Grad vun der Iwwereneestëmmung mam Modusfeld vun der optescher Faser, an d'Kopplung ass am bequemsten. Den Duerchmiesser vum Modusfeld vum staark ageschränkte Wellenleiter vum Dënnschicht-Lithiumniobat ass ongeféier 1 μm, wat ganz anescht ass wéi de Modusfeld vun der optescher Faser, dofir muss eng richteg Modusflecktransformatioun duerchgefouert ginn, fir dem Modusfeld vun der optescher Faser unzepassen.

Wat d'Integratioun ugeet, hänkt et haaptsächlech vum Biegeradius vum Wellenleiter of, ob verschidde Materialien en héijen Integratiounspotenzial hunn (beaflosst vun der Limitatioun vum Wellenleitermodusfeld). De staark limitéierte Wellenleiter erlaabt e méi klenge Biegeradius, wat méi gëeegent ass fir d'Realiséierung vun enger héijer Integratioun. Dofir hunn Dënnschicht-Lithium-Niobat-Wellenleiter de Potenzial fir eng héich Integratioun z'erreechen. Dofir erméiglecht d'Erscheinung vun Dënnschicht-Lithium-Niobat et dem Lithium-Niobat-Material, wierklech d'Roll vum optesche "Silizium" ze spillen. Fir d'Uwendung vu Mikrowellenphotonen sinn d'Virdeeler vum Dënnschicht-Lithium-Niobat méi offensichtlech.

 


Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 23. Abrëll 2024