उच्च एकीकृत पातलो फिल्म लिथियम niobate इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटर

उच्च रेखीयताइलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटरर माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोग
सञ्चार प्रणालीको बढ्दो आवश्यकताहरूसँग, सिग्नलहरूको प्रसारण दक्षतालाई अझ सुधार गर्न, मानिसहरूले पूरक फाइदाहरू प्राप्त गर्न फोटोन र इलेक्ट्रोनहरू फ्यूज गर्नेछन्, र माइक्रोवेभ फोटोनिक्सको जन्म हुनेछ। बिजुलीलाई प्रकाशमा रूपान्तरण गर्नको लागि इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटर आवश्यक छमाइक्रोवेव फोटोनिक प्रणाली, र यो मुख्य चरणले सामान्यतया सम्पूर्ण प्रणालीको कार्यसम्पादन निर्धारण गर्दछ। रेडियो फ्रिक्वेन्सी सिग्नललाई अप्टिकल डोमेनमा रूपान्तरण गर्नु एक एनालग सिग्नल प्रक्रिया हो, र सामान्यइलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटर्सअन्तर्निहित nonlinearity छ, त्यहाँ रूपान्तरण प्रक्रिया मा गम्भीर संकेत विकृति छ। अनुमानित रैखिक मोड्युलेसन प्राप्त गर्नको लागि, मोड्युलेटरको सञ्चालन बिन्दु सामान्यतया अर्थोगोनल पूर्वाग्रह बिन्दुमा निश्चित हुन्छ, तर यसले अझै पनि मोड्युलेटरको रेखीयताको लागि माइक्रोवेभ फोटोन लिङ्कको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। उच्च रेखीयता संग इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटर्स तुरुन्तै आवश्यक छ।

सिलिकन सामाग्री को उच्च गति अपवर्तक सूचकांक मोडुलन सामान्यतया नि: शुल्क क्यारियर प्लाज्मा फैलावट (FCD) प्रभाव द्वारा प्राप्त गरिन्छ। दुबै FCD प्रभाव र PN जंक्शन मोड्युलेसन ननलाइनर हुन्, जसले सिलिकन मोड्युलेटरलाई लिथियम निओबेट मोड्युलेटर भन्दा कम रैखिक बनाउँदछ। लिथियम niobate सामग्री उत्कृष्ट प्रदर्शनइलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेसनगुणहरू तिनीहरूको Pucker प्रभावको कारण। एकै समयमा, लिथियम niobate सामाग्री ठूलो ब्यान्डविथ, राम्रो मोड्युलेशन विशेषताहरु, कम हानि, सजिलो एकीकरण र अर्धचालक प्रक्रिया संग अनुकूलता, उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटर बनाउन पातलो फिल्म लिथियम niobate को प्रयोग, सिलिकन संग तुलना को लाभ छ। लगभग कुनै "छोटो प्लेट", तर उच्च linearity प्राप्त गर्न। इन्सुलेटरमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेट (LNOI) इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटर एक आशाजनक विकास दिशा भएको छ। पातलो फिल्म लिथियम niobate सामग्री तयारी प्रविधि र waveguide नक्काशी प्रविधि को विकास संग, उच्च रूपान्तरण दक्षता र पातलो फिल्म लिथियम niobate इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटर को उच्च एकीकरण अन्तर्राष्ट्रिय शिक्षा र उद्योग को क्षेत्र भएको छ।

पातलो फिल्म लिथियम niobate को विशेषताहरु
संयुक्त राज्यमा डीएपी एआर योजनाले लिथियम नाइओबेट सामग्रीको निम्न मूल्याङ्कन गरेको छ: यदि इलेक्ट्रोनिक क्रान्तिको केन्द्रलाई सिलिकन सामग्रीको नामबाट नामाकरण गरिएको छ जसले यसलाई सम्भव बनाउँछ, तब फोटोनिक्स क्रान्तिको जन्मस्थल लिथियम निओबेटको नामबाट नामकरण हुने सम्भावना छ। । यो किनभने लिथियम niobate इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रभाव, एकाउस्टो-अप्टिकल प्रभाव, piezoelectric प्रभाव, थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव र फोटोरेफ्रेक्टिभ प्रभाव एकीकृत गर्दछ, जस्तै अप्टिक्स को क्षेत्र मा सिलिकन सामग्री।

अप्टिकल ट्रान्समिशन विशेषताहरूको सन्दर्भमा, InP सामग्रीमा सामान्यतया प्रयोग हुने 1550nm ब्यान्डमा प्रकाशको अवशोषणको कारण सबैभन्दा ठूलो अन-चिप प्रसारण हानि हुन्छ। SiO2 र सिलिकन नाइट्राइडमा उत्कृष्ट प्रसारण विशेषताहरू छन्, र नोक्सान ~ 0.01dB/cm को स्तरमा पुग्न सक्छ; हाल, पातलो-फिल्म लिथियम niobate waveguide को वेभगाइड हानि 0.03dB/cm को स्तर पुग्न सक्छ, र पातलो-फिल्म लिथियम niobate waveguide को हानि मा प्राविधिक स्तर को निरन्तर सुधार संग थप कम गर्न सक्ने क्षमता छ। भविष्य। तसर्थ, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्रीले निष्क्रिय प्रकाश संरचनाहरू जस्तै फोटोसिन्थेटिक पथ, शन्ट र माइक्रोरिङको लागि राम्रो प्रदर्शन देखाउनेछ।

प्रकाश उत्पादनको सन्दर्भमा, केवल InP सँग प्रत्यक्ष रूपमा प्रकाश उत्सर्जन गर्ने क्षमता छ; तसर्थ, माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगको लागि, ब्याकलोडिङ वेल्डिङ वा एपिटेक्सियल ग्रोथको माध्यमबाट LNOI आधारित फोटोनिक एकीकृत चिपमा InP आधारित प्रकाश स्रोत परिचय गराउन आवश्यक छ। लाइट मोड्युलेसनको सन्दर्भमा, यो माथि जोडिएको छ कि पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्री ठूलो मोड्युलेसन ब्यान्डविथ, कम हाफ-वेभ भोल्टेज र InP र Si भन्दा कम प्रसारण हानि प्राप्त गर्न सजिलो छ। यसबाहेक, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्रीको इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोडुलनको उच्च रेखीयता सबै माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगहरूको लागि आवश्यक छ।

अप्टिकल राउटिङको सन्दर्भमा, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्रीको उच्च गतिको इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रतिक्रियाले LNOI आधारित अप्टिकल स्विचलाई उच्च-स्पीड अप्टिकल राउटिङ स्विच गर्न सक्षम बनाउँछ, र यस्तो उच्च-गति स्विचिङको पावर खपत पनि धेरै कम हुन्छ। एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजीको विशिष्ट अनुप्रयोगको लागि, अप्टिकल रूपमा नियन्त्रित बीमफर्मिङ चिपमा छिटो बीम स्क्यानिङको आवश्यकताहरू पूरा गर्न उच्च-गति स्विच गर्ने क्षमता छ, र अल्ट्रा-कम पावर खपतका विशेषताहरू ठूलाका कडा आवश्यकताहरूसँग राम्रोसँग अनुकूल छन्। - मापन चरणबद्ध सरणी प्रणाली। यद्यपि InP आधारित अप्टिकल स्विचले उच्च-स्पीड अप्टिकल मार्ग स्विचिङलाई पनि महसुस गर्न सक्छ, यसले ठूलो आवाज ल्याउनेछ, विशेष गरी जब बहुस्तरीय अप्टिकल स्विच क्यास्केड हुन्छ, आवाज गुणांक गम्भीर रूपमा बिग्रन्छ। सिलिकन, SiO2 र सिलिकन नाइट्राइड सामग्रीहरूले थर्मो-अप्टिकल प्रभाव वा वाहक फैलावट प्रभाव मार्फत मात्र अप्टिकल मार्गहरू स्विच गर्न सक्छन्, जसमा उच्च शक्ति खपत र ढिलो स्विचिङ गतिको हानिहरू छन्। जब चरणबद्ध एरेको एरे साइज ठूलो हुन्छ, यसले पावर खपतको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन।

अप्टिकल एम्प्लीफिकेशनको सन्दर्भमा, दअर्धचालक अप्टिकल एम्पलीफायर (SOA) InP मा आधारित व्यावसायिक प्रयोगको लागि परिपक्व भएको छ, तर यसमा उच्च आवाज गुणांक र कम संतृप्ति आउटपुट पावरको बेफाइदाहरू छन्, जुन माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगको लागि अनुकूल छैन। आवधिक सक्रियता र उल्टोमा आधारित पातलो-फिल्म लिथियम निओबेट वेभगाइडको प्यारामेट्रिक प्रवर्धन प्रक्रियाले कम आवाज र उच्च शक्ति अन-चिप अप्टिकल प्रवर्धन प्राप्त गर्न सक्छ, जसले अन-चिप अप्टिकल प्रवर्धनको लागि एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजीको आवश्यकताहरू राम्रोसँग पूरा गर्न सक्छ।

प्रकाश पत्ता लगाउने सन्दर्भमा, पातलो फिलिम लिथियम निओबेटसँग 1550 एनएम ब्यान्डमा प्रकाशमा राम्रो प्रसारण विशेषताहरू छन्। फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरणको कार्यलाई महसुस गर्न सकिँदैन, त्यसैले माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगहरूको लागि, चिपमा फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरणको आवश्यकताहरू पूरा गर्न। InGaAs वा Ge-Si पत्ता लगाउने एकाइहरू LNOI आधारित फोटोनिक एकीकृत चिपहरूमा ब्याकलोडिङ वेल्डिङ वा एपिटेक्सियल ग्रोथद्वारा प्रस्तुत गर्न आवश्यक छ। अप्टिकल फाइबरसँग युग्मनको सन्दर्भमा, किनकि अप्टिकल फाइबर आफै SiO2 सामग्री हो, SiO2 वेभगाइडको मोड फिल्डमा अप्टिकल फाइबरको मोड फिल्डसँग उच्चतम मिल्दो डिग्री छ, र युग्मन सबैभन्दा सुविधाजनक छ। पातलो फिल्म लिथियम निओबेटको कडा रूपमा प्रतिबन्धित वेभगाइडको मोड फिल्ड व्यास लगभग 1μm छ, जुन अप्टिकल फाइबरको मोड फिल्डबाट एकदम फरक छ, त्यसैले अप्टिकल फाइबरको मोड फिल्डसँग मिलाउनको लागि उचित मोड स्पट रूपान्तरण गरिनु पर्छ।

एकीकरणको सन्दर्भमा, विभिन्न सामग्रीहरूमा उच्च एकीकरण क्षमता छ कि छैन मुख्यतया वेभगाइडको झुकाउने त्रिज्यामा निर्भर गर्दछ (वेभगाइड मोड क्षेत्रको सीमाबाट प्रभावित)। कडा रूपमा प्रतिबन्धित वेभगाइडले सानो झुकाउने त्रिज्यालाई अनुमति दिन्छ, जुन उच्च एकीकरणको प्राप्तिको लागि अधिक अनुकूल छ। त्यसैले, पातलो-फिल्म लिथियम niobate waveguides उच्च एकीकरण हासिल गर्न सक्ने क्षमता छ। तसर्थ, पातलो फिल्म लिथियम niobate को उपस्थिति ले लिथियम niobate सामाग्री को लागि वास्तव मा अप्टिकल "सिलिकन" को भूमिका खेल्न सम्भव बनाउँछ। माइक्रोवेभ फोटानको प्रयोगको लागि, पातलो फिल्म लिथियम निओबेटका फाइदाहरू अधिक स्पष्ट छन्।