Интегралдык микротолкундуу фотон технологиясында жука пленкадагы литий ниобаттын артыкчылыктары жана мааниси
Микротолкундуу фотон технологиясытрадициялык микротолкундуу системанын техникалык бөксөлүгүн бузуп, радар, электрондук согуш, байланыш жана өлчөө сыяктуу аскердик электрондук маалыматтык жабдуулардын иштешин жакшыртуу мүмкүнчүлүгү бар чоң жумушчу өткөрүү жөндөмдүүлүгү, күчтүү параллелдүү иштетүү жөндөмдүүлүгү жана өткөргүч жоготуулары аз артыкчылыктарга ээ. контролдоо. Бирок, дискреттик түзүлүштөргө негизделген микротолкундуу фотон системасы чоң көлөм, оор салмак жана начар туруктуулук сыяктуу көйгөйлөргө ээ, бул микротолкундуу фотон технологиясын космостук жана абадагы платформаларда колдонууну олуттуу чектейт. Ошондуктан, интегралдык микротолкундуу фотон технологиясы аскердик электрондук маалымат системасында микротолкундуу фотондун колдонулушун бузуу жана микротолкундуу фотон технологиясынын артыкчылыктарына толук мүмкүнчүлүк берүү үчүн маанилүү колдоо болуп жатат.
Азыркы учурда, SI негизинде photonic интеграциялоо технологиясы жана INP негизинде photonic интеграциялоо технологиясы оптикалык байланыш тармагында өнүгүү жылдардан кийин барган сайын жетилген болуп, жана продуктылар көп рыногуна коюлган. Бирок, микротолкундуу фотонду колдонуу үчүн фотонду интеграциялоонун бул эки түрүндөгү кээ бир көйгөйлөр бар: мисалы, Si модуляторунун жана InP модуляторунун сызыктуу эмес электр-оптикалык коэффициенти микротолкундар менен кууп өткөн жогорку сызыктуу жана чоң динамикалык мүнөздөмөлөргө карама-каршы келет. фотон технологиясы; Мисалы, жылуулук-оптикалык эффектке, пьезоэлектрдик эффектке же алып жүрүүчү инжектордук дисперсиялык эффектке негизделген, оптикалык жолду алмаштырууну ишке ашырган кремний оптикалык өчүргүч, ылдамдыкка жооп бере албаган жай которуу ылдамдыгы, энергия керектөө жана жылуулук керектөө көйгөйлөрүнө ээ. нурларды сканерлөө жана микротолкундуу фотондордун чоң массивдери.
Литий ниобаты ар дайым жогорку ылдамдык үчүн биринчи тандоо болуп саналатэлектро-оптикалык модуляцияанын мыкты сызыктуу электро-оптикалык таасири менен материалдар. Бирок, салттуу литий ниобатыэлектро-оптикалык модулятормассалык литий ниобат кристалл материалдан жасалган, жана аппараттын өлчөмү комплекстүү микротолкундуу фотон технологиясы муктаждыктарын канааттандыра албайт, абдан чоң. Сызыктуу электро-оптикалык коэффициенти бар литий ниобат материалдарын интеграцияланган микротолкундуу фотон технологиясы системасына кантип интеграциялоо тиешелүү изилдөөчүлөрдүн максаты болуп калды. 2018-жылы Америка Кошмо Штаттарынын Гарвард университетинин изилдөө тобу биринчи жолу Жаратылышта жука пленкадагы литий ниобатка негизделген фотоникалык интеграция технологиясын билдирди, анткени технология жогорку интеграциянын, чоң электро-оптикалык модуляция өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн жана электрдин жогорку сызыктуулугунун артыкчылыктарына ээ. -оптикалык эффект, ишке киргизилгенден кийин, ал дароо эле фотоникалык интеграция жана микротолкундуу фотоника жаатында академиялык жана өнөр жайлык көңүл бурган. Микротолкундуу фотонду колдонуу көз карашынан алганда, бул эмгек микротолкундуу фотон технологиясын өнүктүрүүгө жука пленка литий ниобатка негизделген фотон интеграциялоо технологиясынын таасирин жана маанисин карап чыгат.
Жука пленка литий ниобат материалы жана жука пленкалитий ниобаты модулятору
Акыркы эки жылдын ичинде литий ниобаттык материалдын жаңы түрү пайда болду, башкача айтканда, литий ниобат пленкасы массивдүү литий ниобат кристаллынан “ионду кесүү” ыкмасы менен эксфолиацияланат жана Si вафлиге кремний диоксиди буфердик катмары менен бириктирилет. LNOI (LiNbO3-On-Insulator) материалын түзөт [5], бул кагазда жука пленка литий ниобат материалы деп аталат. Бийиктиги 100 нанометрден ашкан тоо кыркаларынын толкун өткөргүчтөрүн литий ниобаттын ичке пленкасынын материалдарына оптималдаштырылган кургак оюу процесси аркылуу түшүрсө болот жана пайда болгон толкун өткөргүчтөрдүн эффективдүү сынуу көрсөткүчүнүн айырмасы 0,8ден ашат (салттуу сынуу көрсөткүчүнүн айырмасынан алда канча жогору). литий ниобаты 0,02), 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Катуу чектелген толкун өткөргүч модуляторду долбоорлоодо жарык талаасын микротолкундуу талаа менен далдаштырууну жеңилдетет. Ошентип, кыскараак узундукта төмөнкү жарым толкун чыңалууга жана чоңураак модуляция өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө жетишүү пайдалуу.
Төмөн жоготуу литий ниобаты субмикрон толкун өткөргүчүнүн пайда болушу салттуу литий ниобат электро-оптикалык модуляторунун жогорку айдоо чыңалуусунун тоскоолдуктарын бузат. электрод аралыгы ~ 5 мкм чейин кыскарышы мүмкүн, жана электр талаасы менен оптикалык режим талаасынын ортосундагы бири-бирине дал келиши абдан көбөйөт, жана vπ · L 20 V · см ашык 2,8 V · см аз чейин төмөндөйт. Ошондуктан, ошол эле жарым толкун чыңалуу астында, аппараттын узундугу абдан салттуу модулятор менен салыштырганда кыскарышы мүмкүн. Ошол эле учурда, сүрөттө көрсөтүлгөндөй кыдыруучу толкун электродунун кеңдигинин, калыңдыгынын жана интервалынын параметрлерин оптималдаштыруудан кийин модулятор 100 ГГцден ашык ультра жогорку модуляция өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө ээ боло алат.
Fig.1 （a） эсептелген режимдин бөлүштүрүлүшү жана （b） LN толкун өткөргүчүнүн кесилишинин сүрөтү
Fig.2 （a） Толкун өткөргүч жана электрод структурасы жана (b) LN модуляторунун негизги плитасы
Ичке пленкадагы литий ниобат модуляторлорун салттуу литий ниобаттык коммерциялык модуляторлор, кремний негизиндеги модуляторлор жана индий фосфид (InP) модуляторлору жана башка жогорку ылдамдыктагы электро-оптикалык модуляторлор менен салыштыруу, салыштыруунун негизги параметрлерине төмөнкүлөр кирет:
(1) жарым толкун вольт узундуктагы продукт (vπ ·L, V·см), модулятордун модуляция эффективдүүлүгүн өлчөө, мааниси канчалык аз болсо, модуляциянын эффективдүүлүгү ошончолук жогору болот;
(2) модулятордун жогорку жыштыктагы модуляцияга реакциясын өлчөй турган 3 дБ модуляция өткөрүү жөндөмдүүлүгү (ГГц);
(3) модуляция аймагында оптикалык киргизүү жоготуу (дБ). Таблицадан жука пленкадагы литий ниобат модуляторунун модуляция өткөрүү жөндөмдүүлүгү, жарым толкун чыңалуу, оптикалык интерполяциялык жоготуу жана башкаларда айкын артыкчылыктарга ээ экенин көрүүгө болот.
Интегралдык оптоэлектрониканын негизи катары кремний ушул убакка чейин иштелип чыккан, процесс жетилген, анын кичирейтилиши активдүү/пассивдүү түзүлүштөрдүн масштабдуу интеграциясына шарт түзөт жана анын модулятору оптикалык чөйрөдө кеңири жана терең изилденген. байланыш. Кремнийдин электро-оптикалык модуляция механизми негизинен алып жүрүүчүнү түшүрүү, ташуучу инъекция жана ташуучу топтоо болуп саналат. Алардын ичинен модулятордун өткөрүү жөндөмдүүлүгү сызыктуу даражадагы ташуучу түгөнүү механизми менен оптималдуу, бирок оптикалык талаанын бөлүштүрүлүшү түгөнүү аймагынын бирдей эместиги менен дал келгендиктен, бул эффект сызыктуу эмес экинчи даражадагы бурмалоону жана үчүнчү тартиптеги интермодуляциялык бурмалоону киргизет. Оптикалык модуляция амплитудасынын төмөндөшүнө жана сигналдын бурмаланышына алып келүүчү жарыкка алып жүрүүчүнүн сиңирүү эффектиси менен бирге терминдер.
InP модулятору эң сонун электро-оптикалык эффекттерге ээ жана көп катмарлуу кванттык скважинанын структурасы 0,156V · ммге чейин Vπ·L менен ультра жогорку ылдамдыкта жана төмөн айдоо чыңалуу модуляторлорун ишке ашыра алат. Бирок, электр талаасы менен сынуу көрсөткүчүнүн вариациясы сызыктуу жана сызыктуу эмес мүчөлөрдү камтыйт, ал эми электр талаасынын интенсивдүүлүгүнүн өсүшү экинчи даражадагы эффектти көрүнүктүү кылат. Ошондуктан, кремний жана InP электро-оптикалык модуляторлор иштегенде pn түйүнүн түзүү үчүн кыйшаюусун колдонушу керек жана pn түйүнү жарыкка сиңирүү жоготууларын алып келет. Бирок, бул экөөнүн модуляторунун өлчөмү кичинекей, коммерциялык InP модуляторунун көлөмү LN модуляторунун 1/4 бөлүгүн түзөт. Маалымат борборлору сыяктуу жогорку тыгыздыктагы жана кыска аралыктагы санариптик оптикалык берүү тармактары үчүн ылайыктуу жогорку модуляциянын эффективдүүлүгү. Литий ниобаттын электро-оптикалык эффекти жарык жутуу механизми жок жана аз жоготууга ээ, бул алыс аралыкка когеренттүү үчүн ылайыктуу.оптикалык байланышчоң кубаттуулугу жана жогорку ылдамдыгы менен. Микротолкундуу фотонду колдонууда Si жана InP электро-оптикалык коэффициенттери сызыктуу эмес, бул жогорку сызыктуулукту жана чоң динамиканы көздөгөн микротолкундуу фотон системасына ылайыктуу эмес. Литий ниобаты материалы микротолкундуу фотонду колдонуу үчүн абдан ылайыктуу, анткени анын толугу менен сызыктуу электр-оптикалык модуляция коэффициенти.
Пост убактысы: 22-2024-апрель