Modulatore elettrootticu à film sottile integratu superiore di niobatu di litiu

Alta linearitàmodulatore elettro-otticuè applicazione di fotoni à microonde
Cù i bisogni crescenti di i sistemi di cumunicazione, per migliurà ulteriormente l'efficienza di trasmissione di i signali, e persone fusioneranu fotoni è elettroni per ottene vantaghji cumplementari, è nascerà a fotonica à microonde. U modulatore elettro-otticu hè necessariu per a cunversione di l'elettricità in luce.sistemi fotonici à microonde, è questu passu chjave determina di solitu e prestazioni di tuttu u sistema. Siccomu a cunversione di u signale di radiofrequenza in u duminiu otticu hè un prucessu di signale analogicu, è ordinariumodulatori elettro-otticianu una non linearità inerente, ci hè una seria distorsione di u signale in u prucessu di cunversione. Per ottene una modulazione lineare apprussimativa, u puntu di funziunamentu di u modulatore hè generalmente fissu à u puntu di polarizazione ortogonale, ma ùn pò ancu risponde à i requisiti di u ligame di fotoni à microonde per a linearità di u modulatore. I modulatori elettro-ottici cù alta linearità sò urgentemente necessarii.

A modulazione di l'indice di rifrazione à alta velocità di i materiali di silicone hè generalmente ottenuta da l'effettu di dispersione di plasma di trasportatore liberu (FCD). Sia l'effettu FCD sia a modulazione di giunzione PN sò non lineari, ciò chì rende u modulatore di silicone menu lineare chè u modulatore di niobatu di litiu. I materiali di niobatu di litiu mostranu eccellenti...modulazione elettro-otticapruprietà per via di u so effettu Pucker. À u listessu tempu, u materiale di niobatu di litiu hà i vantaghji di una grande larghezza di banda, bone caratteristiche di modulazione, bassa perdita, facile integrazione è compatibilità cù u prucessu di semiconduttori, l'usu di niobatu di litiu à film sottile per fà un modulatore elettrootticu d'altu rendimentu, paragunatu à u siliciu quasi senza "piastra corta", ma ancu per ottene una alta linearità. U modulatore elettrootticu di niobatu di litiu à film sottile (LNOI) nantu à l'isolante hè diventatu una direzzione di sviluppu promettente. Cù u sviluppu di a tecnulugia di preparazione di materiale di niobatu di litiu à film sottile è a tecnulugia di incisione di guide d'onda, l'alta efficienza di cunversione è a più alta integrazione di u modulatore elettrootticu di niobatu di litiu à film sottile hè diventata u campu di l'accademia è di l'industria internaziunale.

Caratteristiche di u niobatu di litiu à film sottile
In i Stati Uniti, a pianificazione DAP AR hà fattu a seguente valutazione di i materiali di niobatu di litiu: se u centru di a rivoluzione elettronica hè chjamatu dopu à u materiale di siliciu chì a rende pussibule, allora u locu di nascita di a rivoluzione fotonica hè prubabile di esse chjamatu dopu à u niobatu di litiu. Questu hè perchè u niobatu di litiu integra l'effettu elettro-otticu, l'effettu acusto-otticu, l'effettu piezoelettricu, l'effettu termoelettricu è l'effettu fotorefrattivu in unu, cum'è i materiali di siliciu in u campu di l'ottica.

In termini di caratteristiche di trasmissione ottica, u materiale InP hà a più grande perdita di trasmissione in chip per via di l'assorbimentu di a luce in a banda di 1550 nm cumunamente usata. SiO2 è nitruro di siliciu anu e migliori caratteristiche di trasmissione, è a perdita pò ghjunghje à u livellu di ~ 0,01 dB/cm; Attualmente, a perdita di guida d'onda di a guida d'onda di niobato di litiu à film sottile pò ghjunghje à u livellu di 0,03 dB/cm, è a perdita di guida d'onda di niobato di litiu à film sottile hà u putenziale per esse ulteriormente ridutta cù u miglioramentu cuntinuu di u livellu tecnologicu in u futuru. Dunque, u materiale di niobato di litiu à film sottile mostrerà una bona prestazione per e strutture di luce passiva cum'è u percorsu fotosinteticu, u shunt è u microring.

In termini di generazione di luce, solu InP hà a capacità di emette luce direttamente; Dunque, per l'applicazione di fotoni à microonde, hè necessariu introduce a fonte di luce basata nantu à InP nantu à u chip integratu fotonicu basatu nantu à LNOI per via di saldatura à retrocaricamentu o crescita epitassiale. In termini di modulazione di luce, hè statu messu in risaltu sopra chì u materiale di niobatu di litiu à film sottile hè più faciule da ottene una larghezza di banda di modulazione più grande, una tensione di mezza onda più bassa è una perdita di trasmissione più bassa chè InP è Si. Inoltre, l'alta linearità di a modulazione elettro-ottica di i materiali di niobatu di litiu à film sottile hè essenziale per tutte l'applicazioni di fotoni à microonde.

In termini di routing otticu, a risposta elettro-ottica à alta velocità di u materiale di niobatu di litiu à film sottile rende l'interruttore otticu basatu annantu à LNOI capace di commutazione di routing otticu à alta velocità, è u cunsumu energeticu di tale commutazione à alta velocità hè ancu assai bassu. Per l'applicazione tipica di a tecnulugia integrata di fotoni à microonde, u chip di furmazione di fasciu cuntrullatu otticamente hà a capacità di commutazione à alta velocità per risponde à i bisogni di scansione rapida di fasciu, è e caratteristiche di cunsumu energeticu ultra-bassu sò ben adattate à i requisiti stretti di u sistema di array phased à grande scala. Ancu s'è l'interruttore otticu basatu annantu à InP pò ancu realizà una commutazione di percorsu otticu à alta velocità, introdurrà un grande rumore, soprattuttu quandu l'interruttore otticu multilivello hè in cascata, u coefficientu di rumore serà seriamente deterioratu. I materiali di siliciu, SiO2 è nitruru di siliciu ponu cambià i percorsi ottici solu per mezu di l'effettu termo-otticu o di l'effettu di dispersione di u trasportatore, chì hà i svantaghji di un cunsumu energeticu elevatu è di una velocità di commutazione lenta. Quandu a dimensione di l'array di l'array phased hè grande, ùn pò micca risponde à i requisiti di cunsumu energeticu.

In termini di amplificazione ottica, uamplificatore otticu à semiconduttore (SOA) basatu annantu à InP hè statu maturu per l'usu cummerciale, ma hà i svantaghji di un altu coefficientu di rumore è di una bassa putenza di uscita di saturazione, chì ùn hè micca favurevule à l'applicazione di fotoni à microonde. U prucessu di amplificazione parametrica di a guida d'onda di niobatu di litiu à film sottile basatu annantu à l'attivazione è l'inversione periodica pò ottene un'amplificazione ottica on-chip à bassu rumore è alta putenza, chì pò risponde bè à i requisiti di a tecnulugia integrata di fotoni à microonde per l'amplificazione ottica on-chip.

In termini di rilevazione di luce, u niobatu di litiu à film sottile hà bone caratteristiche di trasmissione à a luce in a banda di 1550 nm. A funzione di cunversione fotoelettrica ùn pò esse realizata, dunque per l'applicazioni di fotoni à microonde, per risponde à i bisogni di cunversione fotoelettrica nantu à u chip. L'unità di rilevazione InGaAs o Ge-Si devenu esse introdutte nantu à i chip integrati fotonici basati nantu à LNOI per saldatura à retrocaricamentu o crescita epitassiale. In termini di accoppiamentu cù a fibra ottica, postu chì a fibra ottica stessa hè materiale SiO2, u campu di modu di a guida d'onda SiO2 hà u più altu gradu di currispundenza cù u campu di modu di a fibra ottica, è l'accoppiamentu hè u più convenientu. U diametru di u campu di modu di a guida d'onda fortemente ristretta di u niobatu di litiu à film sottile hè di circa 1 μm, chì hè abbastanza differente da u campu di modu di a fibra ottica, dunque una trasfurmazione di u spot di modu adatta deve esse realizata per currisponde à u campu di modu di a fibra ottica.

In termini d'integrazione, l'altu putenziale d'integrazione di i vari materiali dipende principalmente da u raghju di curvatura di a guida d'onda (affettatu da a limitazione di u campu di modu di guida d'onda). A guida d'onda fortemente ristretta permette un raghju di curvatura più chjucu, chì hè più favurevule à a realizazione di una alta integrazione. Dunque, e guide d'onda di niobatu di litiu à film sottile anu u putenziale per ottene una alta integrazione. Dunque, l'apparizione di niobatu di litiu à film sottile permette à u materiale di niobatu di litiu di ghjucà veramente u rolu di "siliciu" otticu. Per l'applicazione di fotoni à microonde, i vantaghji di u niobatu di litiu à film sottile sò più evidenti.