Una di e proprietà più impurtanti di un modulatore otticu hè a so velocità di modulazione o larghezza di banda, chì deve esse almenu cusì veloce cum'è l'elettronica dispunibule. I transistor chì anu frequenze di transitu ben sopra à 100 GHz sò digià stati dimustrati in a tecnulugia di siliciu di 90 nm, è a velocità aumenterà ulteriormente à misura chì a dimensione minima di a caratteristica hè ridutta [1]. Tuttavia, a larghezza di banda di i modulatori attuali basati nantu à u siliciu hè limitata. U siliciu ùn pussede micca una χ(2)-non linearità per via di a so struttura cristallina centro-simmetrica. L'usu di siliciu tesu hà digià purtatu à risultati interessanti [2], ma e non linearità ùn permettenu ancu dispositivi pratichi. I modulatori fotonici di siliciu di punta si basanu dunque sempre nantu à a dispersione di portatori liberi in giunzioni pn o pin [3-5]. Hè statu dimustratu chì e giunzioni polarizzate in avanti presentanu un pruduttu tensione-lunghezza finu à VπL = 0,36 V mm, ma a velocità di modulazione hè limitata da a dinamica di i portatori minoritari. Eppuru, sò state generate velocità di dati di 10 Gbit/s cù l'aiutu di una pre-enfasi di u signale elettricu [4]. Usendu invece giunzioni à polarizazione inversa, a larghezza di banda hè stata aumentata à circa 30 GHz [5,6], ma u pruduttu di lunghezza di tensione hè aumentatu à VπL = 40 V mm. Sfurtunatamente, tali modulatori di fase à effettu plasma producenu ancu una modulazione d'intensità indesiderata [7], è rispondenu in modu non lineare à a tensione applicata. I furmati di modulazione avanzati cum'è QAM richiedenu, tuttavia, una risposta lineare è una modulazione di fase pura, rendendu particularmente desiderabile u sfruttamentu di l'effettu elettrootticu (effettu Pockels [8]).
2. Approcciu SOH
Recentemente, l'approcciu ibridu siliciu-organicu (SOH) hè statu suggeritu [9-12]. Un esempiu di un modulatore SOH hè mostratu in Fig. 1(a). Si compone di una guida d'onda à fessura chì guida u campu otticu, è duie strisce di siliciu chì cunnettanu elettricamente a guida d'onda ottica à l'elettrodi metallichi. L'elettrodi sò situati fora di u campu modale otticu per evità perdite ottiche [13], Fig. 1(b). U dispusitivu hè rivestitu cù un materiale organicu elettro-otticu chì riempie uniformemente a fessura. A tensione di modulazione hè purtata da a guida d'onda elettrica metallica è cala in tutta a fessura grazie à e strisce di siliciu conduttive. U campu elettricu risultante cambia tandu l'indice di rifrazione in a fessura per via di l'effettu elettro-otticu ultraveloce. Siccomu a fessura hà una larghezza di l'ordine di 100 nm, uni pochi di volt sò abbastanza per generà campi modulatori assai forti chì sò di l'ordine di grandezza di a resistenza dielettrica di a maiò parte di i materiali. A struttura hà una alta efficienza di modulazione postu chì sia i campi modulatori sia quelli ottici sò cuncentrati in a fessura, Fig. 1(b) [14]. Infatti, e prime implementazioni di modulatori SOH cù funziunamentu sub-volt [11] sò digià state mostrate, è a modulazione sinusoidale finu à 40 GHz hè stata dimustrata [15,16]. Tuttavia, a sfida in a custruzzione di modulatori SOH à bassa tensione è alta velocità hè di creà una striscia di cunnessione altamente conduttiva. In un circuitu equivalente, a fessura pò esse rapprisintata da un condensatore C è e strisce conduttive da resistenze R, Fig. 1(b). A costante di tempu RC currispondente determina a larghezza di banda di u dispusitivu [10,14,17,18]. Per diminuisce a resistenza R, hè statu suggeritu di drogare e strisce di silicone [10,14]. Mentre u drogaggio aumenta a conduttività di e strisce di silicone (è dunque aumenta e perdite ottiche), si paga una penalità di perdita supplementaria perchè a mobilità di l'elettroni hè compromessa da a diffusione di l'impurità [10,14,19]. Inoltre, i tentativi di fabricazione più recenti anu mostratu una conduttività inaspettatamente bassa.
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Data di publicazione: 29 di marzu di u 2023