Virdeeler a Bedeitung vun dënnem Film Lithium Niobate an integréiert Mikrowellen Photon Technologie
Mikrowellen Photon Technologiehuet d'Virdeeler vun enger grousser Aarbechtsbandbreedung, staarker Parallelveraarbechtungsfäegkeet a gerénger Iwwerdroungsverloscht, wat d'Potenzial huet fir den technesche Flaschenhals vum traditionelle Mikrowellesystem ze briechen an d'Leeschtung vu militäreschen elektroneschen Informatiounsausrüstung wéi Radar, elektronesche Krich, Kommunikatioun a Miessung ze verbesseren. kontrolléieren. Wéi och ëmmer, de Mikrowelle-Photonsystem baséiert op diskreten Apparater huet e puer Probleemer wéi grouss Volumen, schwéier Gewiicht a schlecht Stabilitéit, déi d'Applikatioun vun der Mikrowelle-Photon-Technologie an de Raum- a Loftplattformen eescht beschränken. Dofir gëtt d'integréiert Mikrowellen Photon Technologie eng wichteg Ënnerstëtzung fir d'Applikatioun vum Mikrowellen Photon am militäreschen elektroneschen Informatiounssystem ze briechen an d'Virdeeler vun der Mikrowelle Photon Technologie voll ze spillen.
Am Moment sinn SI-baséiert photonesch Integratiounstechnologie an INP-baséiert photonesch Integratiounstechnologie méi a méi ausgerechent no Joere vun der Entwécklung am Beräich vun der optescher Kommunikatioun, a vill Produkter goufen op de Maart gesat. Wéi och ëmmer, fir d'Applikatioun vum Mikrowelle-Photon, ginn et e puer Probleemer an dësen zwou Aarte vu Photonen-Integratiounstechnologien: zum Beispill den net-linearen elektrooptesche Koeffizient vum Si-Modulator an InP-Modulator ass géint déi héich Linearitéit a grouss dynamesch Charakteristiken, déi duerch Mikrowelle verfollegt ginn. Photon Technologie; Zum Beispill, de Silizium opteschen Schalter, deen opteschen Wee-Schalter realiséiert, egal ob baséiert op thermesch-opteschen Effekt, piezoelektreschen Effekt, oder Trägerinjektiouns-Dispersiounseffekt, huet d'Problemer vu luesen Schaltgeschwindegkeet, Stroumverbrauch an Hëtztverbrauch, wat net de schnelle treffen kann. Beam Scannen a grouss Array Skala Mikrowellen Photon Uwendungen.
Lithiumniobat war ëmmer déi éischt Wiel fir Héichgeschwindegkeetelektro-optesch ModulatiounMaterialien wéinst senger exzellenter linearer elektrooptescher Effekt. Wéi och ëmmer, den traditionelle Lithiumniobatelektro-opteschen Modulatorass aus massivem Lithium-Niobat-Kristallmaterial gemaach, an d'Apparatgréisst ass ganz grouss, wat d'Bedierfnesser vun der integréierter Mikrowell-Photontechnologie net erfëllen kann. Wéi Lithium Niobate Material mat linear elektro-opteschen Koeffizient an der integréiert Mikrowellen Photon Technologie System integréiert ass d'Zil vun relevant Fuerscher ginn. Am Joer 2018 huet e Fuerschungsteam vun der Harvard University an den USA fir d'éischt d'photonesch Integratiounstechnologie baséiert op dënnem Film Lithium Niobate an der Natur gemellt, well d'Technologie d'Virdeeler vun héijer Integratioun, grousser elektro-optescher Modulatiounsbandbreedung an héijer Linearitéit vun Elektro huet -optesch Effekt, eemol lancéiert, huet et direkt d'akademesch an industriell Opmierksamkeet am Beräich vun der photonescher Integratioun an der Mikrowellefotonik verursaacht. Aus der Perspektiv vun der Mikrowelle Photon Applikatioun iwwerpréift dëse Pabeier den Afloss an d'Bedeitung vun der Photonen Integratiounstechnologie baséiert op dënnem Film Lithium Niobat op d'Entwécklung vun der Mikrowelle Photon Technologie.
Dënn Film Lithium niobate Material an dënn FilmLithium Niobat Modulator
An de leschten zwee Joer ass eng nei Zort vu Lithium Niobat Material entstanen, dat heescht, de Lithium Niobate Film gëtt aus dem massiven Lithium Niobate Kristall duerch d'Methode vum "Ioneschneiden" exfoliéiert an un d'Si Wafer mat enger Silica Puffer Schicht gebonnen. Form LNOI (LiNbO3-On-Isolator) Material [5], dat ass dënn Film Lithium niobate Material an dësem Pabeier genannt. Ridge Waveguides mat enger Héicht vu méi wéi 100 Nanometer kënnen op dënnem Film Lithium Niobate Materialien duerch optimiséiertem dréchen Ätzprozess geätzt ginn, an den effektiven Brechungsindexdifferenz vun de geformte Welleleit ka méi wéi 0,8 erreechen (wäit méi héich wéi de Brechungsindexdifferenz vun traditionellen) lithium niobate waveguides vun 0,02), wéi an der Figur gewisen 1. De staark limitéiert waveguide mécht et méi einfach d'Liicht Feld mat der Mikrowellen Terrain ze Match wann de modulator Design. Also ass et gutt fir méi niddereg Hallefwellespannung a méi grouss Modulatiounsbandbreed an enger méi kuerzer Längt z'erreechen.
D'Erscheinung vun engem nidderegen Verloscht Lithium Niobate Submicron Waveguide brécht de Flaschenhals vun der héijer Fuerspannung vum traditionelle Lithiumniobat elektrooptesche Modulator. D'Elektrodenabstand kann op ~ 5 μm reduzéiert ginn, an d'Iwwerlappung tëscht dem elektresche Feld an dem opteschen Modusfeld gëtt staark erhéicht, an de vπ ·L fällt vu méi wéi 20 V · cm op manner wéi 2,8 V · cm. Dofir, ënner der selwechter Hallefwellespannung, kann d'Längt vum Apparat staark reduzéiert ginn am Verglach mam traditionelle Modulator. Zur selwechter Zäit, no der Optimisatioun vun de Parameteren vun der Breet, der Dicke an der Intervall vun der Reeswelleelektrode, wéi an der Figur gewisen, kann de Modulator d'Fäegkeet vun enger ultra-héicher Modulatiounsbandbreedung méi wéi 100 GHz hunn.
Fig.1 (a) berechent Modusverdeelung an (b) Bild vum Querschnitt vum LN Welleguide
Fig.2 (a) Waveguide an Elektroden Struktur an (b) Coreplate vum LN Modulator
De Verglach vun dënnen Film Lithium Niobat Modulatoren mat traditionelle Lithium Niobate kommerziellen Modulatoren, Silizium-baséiert Modulatoren an Indiumphosphid (InP) Modulatoren an aner existéierend High-Speed-elektroptesch Modulatoren, d'Haaptparameter vum Verglach enthalen:
(1) Hallefwelle Volt-Längt Produkt (vπ ·L, V·cm), d'Modulatiounseffizienz vum Modulator ze moossen, wat méi kleng ass de Wäert, wat méi héich ass d'Modulatiounseffizienz;
(2) 3 dB Modulatiounsbandbreedung (GHz), déi d'Reaktioun vum Modulator op Héichfrequenzmodulatioun moosst;
(3) Optesch Aféierungsverloscht (dB) an der Modulatiounsregioun. Et kann aus der Tabell gesi ginn datt dënn Film Lithium Niobate Modulator offensichtlech Virdeeler an der Modulatiounsbandbreedung, Hallefwellespannung, opteschen Interpolatiounsverloscht a sou weider huet.
Silizium, als Ecksteen vun der integréierter Optoelektronik, ass bis elo entwéckelt ginn, de Prozess ass reift, seng Miniaturiséierung ass förderlech fir déi grouss Integratioun vun aktiven / passiven Apparater, a säi Modulator gouf wäit an déif am Beräich vun der optescher studéiert. Kommunikatioun. Den elektrooptesche Modulatiounsmechanismus vu Silizium ass haaptsächlech Carrier Depling, Carrier Injektioun an Carrier Akkumulation. Ënnert hinnen ass d'Bandbreedung vum Modulator optimal mam linearem Grad Carrier Depletion Mechanismus, awer well d'optesch Feldverdeelung mat der Net-Uniformitéit vun der Verarmungsregioun iwwerlappt, wäert dësen Effekt netlinear zweeter Uerdnung Verzerrung an Drëtt Uerdnung Intermodulatiounsverzerrung aféieren. Begrëffer, gekoppelt mat der Absorptiounseffekt vum Träger op d'Liicht, wat zu der Reduktioun vun der optescher Modulatiounsamplitude a Signalverzerrung féiert.
Den InP-Modulator huet aussergewéinlech elektro-optesch Effekter, an d'Multi-Layer Quantewell Struktur kann ultra-héich Rate an niddreg Fuerspannungsmodulatore mat Vπ·L bis zu 0.156V · mm realiséieren. Wéi och ëmmer, d'Variatioun vum Brechungsindex mam elektresche Feld enthält linear an netlinear Begrëffer, an d'Erhéijung vun der elektrescher Feldintensitéit wäert den zweeter Uerdnungseffekt prominent maachen. Dofir musse Silizium an InP elektrooptesch Modulatoren Bias applizéieren fir pn Kräizung ze bilden wann se schaffen, an pn Kräizung bréngt d'Absorptiounsverloscht un d'Liicht. Wéi och ëmmer, d'Modulatorgréisst vun dësen zwee ass kleng, déi kommerziell InP Modulatorgréisst ass 1/4 vum LN Modulator. Héich Modulatiounseffizienz, gëeegent fir héich Dicht a kuerz Distanz digital optesch Transmissiounsnetzwierker wéi Datenzenteren. Den elektro-opteschen Effekt vu Lithiumniobat huet kee Liichtabsorptiounsmechanismus a klenge Verloscht, wat fir laang Distanz kohärent gëeegent assoptesch Kommunikatiounmat grousser Kapazitéit an héijen Taux. An der Mikrowelle-Photonapplikatioun sinn d'elektrooptesch Koeffizienten vu Si an InP net-linear, wat net gëeegent ass fir de Mikrowelle-Photon-System, deen héich Linearitéit a grouss Dynamik verfolgt. D'Lithium Niobate Material ass ganz gëeegent fir Mikrowellen Photon Applikatioun wéinst sengem komplett linear elektro-optesche Modulatiounskoeffizient.
Post Zäit: Apr-22-2024