Materiale di niobate di litiu di film sottile è modulatore di niobate di litiu di film sottile

Vantaghji è significazione di niobate di litiu di film sottile in a tecnulugia integrata di microonde di fotoni

Tecnulugia di fotoni à microondehà i vantaghji di una grande larghezza di banda di travagliu, una forte capacità di trasfurmazione parallela è una bassa perdita di trasmissione, chì hà u putenziale di rompe u collu tecnicu di u sistema di microonde tradiziunale è di migliurà u funziunamentu di l'equipaggiu d'informazioni elettroniche militari cum'è radar, guerra elettronica, cumunicazione è misurazione è cuntrollu. In ogni casu, u sistema di microwave photon basatu annantu à i dispositi discreti hà qualchì problema cum'è un grande voluminu, un pesu pisanti è una stabilità povira, chì restringenu seriamente l'applicazione di a tecnulugia di microwave photon in i plataformi spaziali è aerei. Per quessa, a tecnulugia integrata di microwave photon hè diventata un supportu impurtante per rompe l'applicazione di microwave photon in u sistema di informazione elettronica militare è dà un ghjocu cumpletu à i vantaghji di a tecnulugia di microwave photon.

Attualmente, a tecnulugia d'integrazione fotonica basata in SI è a tecnulugia d'integrazione fotonica basata in INP sò diventate più mature dopu à anni di sviluppu in u campu di a cumunicazione otticu, è assai prudutti sò stati messi in u mercatu. Tuttavia, per l'applicazione di microondas, ci sò parechji prublemi in questi dui tipi di tecnulugia di integrazione di fotoni: per esempiu, u coefficientu elettro-otticu non lineare di u modulatore Si è u modulatore InP hè cuntrariu à l'alta linearità è e grandi caratteristiche dinamiche perseguite da u microonde. tecnulugia di fotoni; Per esempiu, l'interruttore otticu di siliciu chì realizà u cambiamentu di u percorsu otticu, sia basatu annantu à l'effettu termale-otticu, l'effettu piezoelettricu, o l'effettu di dispersione di l'iniezione di trasportatore, hà prublemi di velocità di commutazione lenta, cunsumu d'energia è cunsumu di calore, chì ùn ponu micca scuntrà u veloce. scansione di fasciu è applicazioni di fotoni à microonde à grande scala.

Lithium niobate hè sempre stata a prima scelta per alta velocitàmodulazione elettro-otticamateriali per via di u so eccellente effettu elettro-otticu lineare. Tuttavia, u niobate di lithium tradiziunalemodulatore elettro-otticuhè fattu di materiale di cristalli massivi di niobate di lithium, è a dimensione di u dispusitivu hè assai grande, chì ùn pò micca risponde à i bisogni di a tecnulugia integrata di microwave photon. Cumu integrà i materiali di niobate di litio cù coefficienti elettro-otticu lineari in u sistema integratu di tecnulugia di microonde hè diventatu u scopu di i ricercatori pertinenti. In 2018, una squadra di ricerca di l'Università di Harvard in i Stati Uniti hà infurmatu per a prima volta a tecnulugia d'integrazione fotonica basata nantu à niobate di litiu di film sottile in Natura, perchè a tecnulugia hà i vantaghji di alta integrazione, grande larghezza di banda di modulazione elettro-ottica, è alta linearità di elettro. -effettu otticu, una volta lanciata, subitu causatu l'attenzione accademicu è industriale in u campu di integrazione photonic è microwave photonics. Da u puntu di vista di l'applicazione di fotoni di microonde, stu documentu riviseghja l'influenza è u significatu di a tecnulugia d'integrazione di fotoni basata nantu à u niobate di litiu di film sottile nantu à u sviluppu di a tecnulugia di microonde.

Materiale di niobate di litiu di film sottile è film sottilemodulatore di niobate di litiu
In l'ultimi dui anni, hè apparsu un novu tipu di materiale di niobate di litiu, vale à dì, a film di niobate di litiu hè esfoliata da u cristallu massiu di niobate di litiu cù u metudu di "tagliatura di ioni" è ligata à l'ostia di Si cun un buffer di silice. forma materiale LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], chì hè chjamatu materiale di niobate di lithium film in stu documentu. Guide d'onda Ridge cù una altezza di più di 100 nanometri ponu esse incisi nantu à materiali di niobate di litio di film sottile per un prucessu di incisione secca ottimizzata, è a differenza di l'indice di rifrazione efficace di e guide d'onda formate pò ghjunghje à più di 0,8 (assai più altu ch'è a differenza d'indice di rifrazione tradiziunale). lithium niobate waveguides di 0.02), cum'è mostra in a Figura 1. A guida d'onda fermamente ristretta facilita a cuncurrenza di u campu di luce cù u campu di microondas quandu cuncepisce u modulatore. Cusì, hè benefica per ottene una tensione di mezza onda più bassa è una larghezza di banda di modulazione più grande in una lunghezza più corta.

L'apparizione di una guida d'onda submicronica di niobate di litiu à bassa perdita rompe u collu di bottiglia di l'alta tensione di guida di u modulatore elettro-otticu tradiziunale di niobate di litio. U spaziu di l'elettrodu pò esse ridutta à ~ 5 μm, è a superposizione trà u campu elettricu è u campu di u modu otticu hè assai aumentata, è u vπ ·L diminuisce da più di 20 V·cm à menu di 2,8 V·cm. Per quessa, sottu a stessa volta di mezza onda, a durata di u dispusitivu pò esse ridutta assai cumparatu cù u modulatore tradiziunale. À u listessu tempu, dopu avè ottimisatu i paràmetri di a larghezza, u grossu è l'intervallu di l'elettrodu di l'onda di viaghju, cum'è mostra in a figura, u modulatore pò avè a capacità di larghezza di banda di modulazione ultra-alta più grande di 100 GHz.

Fig.1 （a） distribuzione di modu calculata è （b） immagine di a sezione trasversale di a guida d'onda LN

Fig.2 （a） Guida d'onda è struttura di l'elettrodu è (b) coreplate di modulatore LN

U paragone di i modulatori di niobate di litiu di film sottile cù modulatori tradiziunali di niobate di litio, modulatori basati in siliciu è modulatori di fosfuru d'indiu (InP) è altri modulatori elettro-ottici di alta velocità esistenti, i parametri principali di u paragone includenu:
(1) Half-wave volt-length prodottu (vπ · L, V · cm), misurà l 'efficienza modulazione di u modulator, u più chjucu u valore, u più altu l'efficienza di modulazione;
(2) larghezza di banda di modulazione di 3 dB (GHz), chì misura a risposta di u modulatore à a modulazione d'alta frequenza;
(3) Perdita d'inserzione ottica (dB) in a regione di modulazione. Pò esse vistu da a tavula chì u modulatore di niobate di lithium di film sottile hà vantaghji evidenti in larghezza di banda di modulazione, voltage di mezza onda, perdita di interpolazione ottica è cusì.

Siliciu, cum'è a basa di l'optoelettronica integrata, hè statu sviluppatu finu à avà, u prucessu hè maturu, a so miniaturizazione hè favurevule à l'integrazione à grande scala di i dispositi attivi / passivi, è u so modulatore hè statu assai è prufondamente studiatu in u campu di l'otticu. cumunicazione. U mecanismu di modulazione elettro-ottica di u silicuu hè principalmente di depling-tion di trasportatore, iniezione di trasportatore è accumulazione di trasportatore. Frà elli, a larghezza di banda di u modulatore hè ottimale cù u mecanismu di deplezione di u trasportatore di gradu lineare, ma perchè a distribuzione di u campu otticu si sovrappone cù a non-uniformità di a regione di deplezione, questu effettu introduverà una distorsione non lineare di u sicondu ordine è una distorsione di intermodulazione di terzu ordine. termini, accumpagnatu da l 'effettu di absorption di u traspurtadore nantu à a luce, chì vi purterà à a riduzzione di l' amplitude modulation otticu è distorsioni signali.

U modulatore InP hà effetti elettro-ottici eccezziunali, è a struttura quantum well multi-layer pò realizà modulatori di tensione ultra-alta è bassa di guida cù Vπ·L finu à 0.156V · mm. Tuttavia, a variazione di l'indice di rifrazione cù u campu elettricu include termini lineari è non lineari, è l'aumentu di l'intensità di u campu elettricu farà l'effettu di u sicondu ordine prominente. Dunque, i modulatori elettro-ottici di silicio è InP anu bisognu di applicà preghjudiziu per furmà pn junction quandu travaglianu, è pn junction portanu a perdita di assorbimentu à a luce. Tuttavia, a dimensione di u modulatore di questi dui hè chjuca, a dimensione di u modulatore InP cummerciale hè 1/4 di u modulatore LN. Alta efficienza di modulazione, adattata per e rete di trasmissione ottica digitale di alta densità è di distanza corta cum'è centri di dati. L'effettu elettro-otticu di u niobate di litiu ùn hà micca un mecanismu di assorbimentu di luce è una perdita bassa, chì hè adattatu per a longa distanza coherente.cumunicazione otticacù grande capacità è alta tarifa. In l'applicazione di fotoni di microonde, i coefficienti elettro-ottici di Si è InP sò non lineari, chì ùn sò micca adattati per u sistema di fotoni di microonde chì persegue una alta linearità è una grande dinamica. U materiale di niobate di litiu hè assai adattatu per l'applicazione di fotoni di microonde per via di u so coefficiente di modulazione elettro-otticu completamente lineare.