Avantaĝoj kaj signifo de maldika filmlitio-niobato en integra mikroonda fotonteknologio
Mikroonda fotona teknologiohavas la avantaĝojn de granda labora bendlarĝo, forta paralela prilabora kapablo kaj malalta transmisia perdo, kio havas la potencialon rompi la teknikan proplempunkton de tradiciaj mikroondaj sistemoj kaj plibonigi la rendimenton de militaj elektronikaj informaj ekipaĵoj kiel radaro, elektronika militado, komunikado kaj mezurado kaj kontrolo. Tamen, la mikroonda fotona sistemo bazita sur diskretaj aparatoj havas kelkajn problemojn kiel granda volumeno, peza pezo kaj malbona stabileco, kiuj grave limigas la aplikon de mikroonda fotona teknologio en kosmoŝipaj kaj aeraj platformoj. Tial, integra mikroonda fotona teknologio fariĝas grava subteno por rompi la aplikon de mikroonda fotona teknologio en militaj elektronikaj informaj sistemoj kaj plene utiligi la avantaĝojn de mikroonda fotona teknologio.
Nuntempe, SI-bazita fotonika integriĝteknologio kaj INP-bazita fotonika integriĝteknologio fariĝis pli kaj pli maturaj post jaroj da disvolviĝo en la kampo de optika komunikado, kaj multaj produktoj estis lanĉitaj sur la merkaton. Tamen, por la apliko de mikroondaj fotonoj, ekzistas kelkaj problemoj en ĉi tiuj du specoj de fotonaj integriĝteknologioj: ekzemple, la nelineara elektro-optika koeficiento de Si-modulatoro kaj InP-modulatoro kontraŭas la altan linearecon kaj grandajn dinamikajn karakterizaĵojn celitajn de mikroonda fotona teknologio; Ekzemple, la silicia optika ŝaltilo, kiu realigas optikan vojŝaltadon, ĉu bazita sur termika-optika efiko, piezoelektra efiko, aŭ dispersa efiko de portanta injekto, havas la problemojn de malrapida ŝaltrapideco, energikonsumo kaj varmokonsumo, kiuj ne povas kontentigi la rapidajn radioskanadajn kaj grandskalajn mikroondajn fotonajn aplikojn.
Litia niobato ĉiam estis la unua elekto por altrapidajelektro-optika moduladomaterialoj pro ĝia bonega lineara elektro-optika efiko. Tamen, la tradicia litia niobatoelektro-optika modulatoroestas farita el masiva litia niobato-kristala materialo, kaj la grandeco de la aparato estas tre granda, kio ne povas kontentigi la bezonojn de integra mikroonda fotona teknologio. Kiel integri litiajn niobatajn materialojn kun lineara elektro-optika koeficiento en la integran mikroondan fotonan teknologian sistemon fariĝis la celo de koncernaj esploristoj. En 2018, esplorteamo de la Universitato Harvard en Usono unue raportis pri la fotonika integriga teknologio bazita sur maldika filmo de litio niobato en la revuo Nature. Ĉar la teknologio havas la avantaĝojn de alta integriĝo, granda elektro-optika modulada bendlarĝo, kaj alta lineareco de elektro-optika efiko, post lanĉo, ĝi tuj altiris akademian kaj industrian atenton en la kampo de fotonika integriĝo kaj mikroonda fotoniko. El la perspektivo de aplikoj de mikroondaj fotonoj, ĉi tiu artikolo revizias la influon kaj signifon de la fotonika integriga teknologio bazita sur maldika filmo de litio niobato sur la disvolviĝo de mikroonda fotona teknologio.
Maldika filmo litioniobato materialo kaj maldika filmolitia niobata modulatoro
En la lastaj du jaroj, nova tipo de litia niobata materialo aperis, tio estas, la litia niobata filmo estas deskvamigita el la masiva litia niobata kristalo per la metodo de "jona tranĉado" kaj ligita al la Si-plato kun silika bufrotavolo por formi LNOI (LiNbO3-Sur-Izolilo) materialon [5], kiu estas nomata maldika filmo de litia niobata materialo en ĉi tiu artikolo. Krestaj ondogvidiloj kun alteco de pli ol 100 nanometroj povas esti gratitaj sur maldikaj filmo de litiaj niobataj materialoj per optimumigita seka gratprocezo, kaj la efika refraktaindica diferenco de la formitaj ondogvidiloj povas atingi pli ol 0.8 (multe pli alte ol la refraktaindica diferenco de tradiciaj litiaj niobataj ondogvidiloj de 0.02), kiel montrite en Figuro 1. La forte limigita ondogvidilo faciligas la kongruigon de la lumkampo kun la mikroonda kampo dum la dizajnado de la modulatoro. Tiel, estas utile atingi pli malaltan duonondan tension kaj pli grandan moduladan bendlarĝon en pli mallonga longo.
La apero de malalt-perda litio-niobato submikrona ondgvidilo rompas la proplempunkton de alta ŝofora tensio de tradicia litio-niobato elektro-optika modulatoro. La elektroda interspaco povas esti reduktita ĝis ~ 5 μm, kaj la interkovro inter la elektra kampo kaj la optika reĝimkampo estas multe pliigita, kaj la vπ·L malpliiĝas de pli ol 20 V·cm al malpli ol 2.8 V·cm. Tial, sub la sama duononda tensio, la longo de la aparato povas esti multe reduktita kompare kun la tradicia modulatoro. Samtempe, post optimumigo de la parametroj de larĝo, dikeco kaj intervalo de la vojaĝanta onda elektrodo, kiel montrite en la figuro, la modulatoro povas havi la kapablon je ultra-alta modulada bendlarĝo pli granda ol 100 GHz.
Fig. 1 (a) kalkulita reĝimdistribuo kaj (b) bildo de la transversa sekco de LN-ondgvidilo
Fig.2 (a) Ondgvidilo kaj elektroda strukturo kaj (b) kernoplato de LN-modulatoro
La komparo de maldikaj filmaj litiaj niobataj modulatoroj kun tradiciaj komercaj modulatoroj el litio niobato, silicio-bazitaj modulatoroj kaj indiaj fosfidaj (InP) modulatoroj kaj aliaj ekzistantaj altrapidaj elektro-optikaj modulatoroj, la ĉefaj parametroj de la komparo inkluzivas:
(1) Duononda volto-longoprodukto (vπ·L, V·cm), mezurante la modulan efikecon de la modulatoro, ju pli malgranda la valoro, des pli alta la modula efikeco;
(2) 3 dB modulada bendlarĝo (GHz), kiu mezuras la respondon de la modulatoro al altfrekvenca modulado;
(3) Optika enmetperdo (dB) en la modulada regiono. Oni povas vidi el la tabelo, ke maldika filmlitia niobata modulatoro havas evidentajn avantaĝojn rilate al modulada bendlarĝo, duononda tensio, optika interpola perdo kaj tiel plu.
Silicio, kiel la bazŝtono de integra optoelektroniko, estis evoluigita ĝis nun, la procezo estas matura, ĝia miniaturigo favoras la grandskalan integriĝon de aktivaj/pasivaj aparatoj, kaj ĝia modulatoro estis vaste kaj profunde studita en la kampo de optika komunikado. La elektro-optika modulada mekanismo de silicio estas ĉefe malplenigo de portantoj, injekto de portantoj kaj akumulado de portantoj. Inter ili, la bendlarĝo de la modulatoro estas optimuma kun la linigrada malpleniga mekanismo de portantoj, sed ĉar la optika kampa distribuo interkovras kun la ne-homogeneco de la malpleniga regiono, ĉi tiu efiko enkondukos nelinian duarangan distordon kaj triarangan intermoduladan distordon, kunligita kun la absorba efiko de la portanto sur la lumon, kio kondukos al la redukto de la optika modulada amplitudo kaj signala distordo.
La InP-modulilo havas elstarajn elektro-optikajn efikojn, kaj la plurtavola kvantuma putostrukturo povas realigi ultra-altajn rapidojn kaj malaltajn tensiajn modulilojn kun Vπ·L ĝis 0.156V·mm. Tamen, la vario de refrakta indico kun elektra kampo inkluzivas linearajn kaj nelinearajn termojn, kaj la pliiĝo de la intenseco de la elektra kampa elstarigos la duarangan efikon. Tial, siliciaj kaj InP-elektro-optikaj moduliloj bezonas apliki biason por formi pn-transiron dum ilia funkciado, kaj pn-transiro alportos absorban perdon al lumo. Tamen, la modulila grandeco de ĉi tiuj du estas malgranda, la komerca InP-modulila grandeco estas 1/4 de tiu de LN-modulilo. Alta modulada efikeco, taŭga por alt-densecaj kaj mallongdistancaj ciferecaj optikaj transmisiaj retoj kiel datencentroj. La elektro-optika efiko de litia niobato ne havas lum-absorban mekanismon kaj estas malalta perdo, kio taŭgas por longdistancaj koheraj retoj.optika komunikadokun granda kapacito kaj alta rapido. En la apliko de mikroondaj fotonoj, la elektro-optikaj koeficientoj de Si kaj InP estas nelinearaj, kio ne taŭgas por la mikroonda fotona sistemo, kiu celas altan linearecon kaj grandan dinamikon. La litia niobato estas tre taŭga por apliko de mikroondaj fotonoj pro sia tute lineara elektro-optika modulada koeficiento.
Afiŝtempo: 22-a de aprilo 2024