Maldika Filmo Litio Niobate Materialo Kaj Maldika Filmo Litio Niobate Modulatoro

Avantaĝoj kaj Signifo de Maldika Filma Litio Niobate en Integrita Mikroonda Fotona Teknologio

Mikroonda Fotona Teknologiohavas la avantaĝojn de granda laboranta larĝa bando, forta paralela pretiga kapablo kaj malalta transdona perdo, kiu havas la eblon rompi la teknikan botelon de tradicia mikroonda sistemo kaj plibonigi la agadon de militaj elektronikaj informaj ekipaĵoj kiel radaro, elektronika militado, komunikado kaj mezurado kaj kontrolo. Tamen, la mikroonda fotona sistemo bazita sur diskretaj aparatoj havas iujn problemojn kiel granda volumo, peza pezo kaj malbona stabileco, kiuj serioze restriktas la aplikon de mikroonda fotona teknologio en spacaj kaj aeraj platformoj. Tial, integra mikroonda fotona teknologio fariĝas grava subteno por rompi la aplikon de mikroonda fotono en milita elektronika informa sistemo kaj doni plenan ludadon al la avantaĝoj de mikroonda fotona teknologio.

Nuntempe, SI-bazita fotona integriĝa teknologio kaj INP-bazita fotona integriĝa teknologio fariĝis pli kaj pli maturaj post jaroj da disvolviĝo en la kampo de optika komunikado, kaj multaj produktoj estis enmetitaj en la merkaton. Tamen, por la apliko de mikroonda fotono, ekzistas iuj problemoj en ĉi tiuj du specoj de fotonaj integriĝaj teknologioj: ekzemple, la nelinia elektro-optika koeficiento de Si-modulatoro kaj INP-modulatoro kontraŭas la altan linearecon kaj grandajn dinamikajn trajtojn persekutitajn per mikrowave-photon-teknologio; Ekzemple, la silicia optika ŝaltilo, kiu realigas optikan vojŝanĝon, ĉu surbaze de termika-optika efiko, piezoelektra efiko, aŭ portanta injekto-disvastiga efiko, havas la problemojn de malrapida interŝanĝa rapideco, konsumado de elektra konsumado kaj varmo-konsumado, kiuj ne povas plenumi la rapidan trabon kaj grandan array-skalon mikrowae-photone-telefonajn telefonojn.

Litio niobate ĉiam estis la unua elekto por alta rapidoElektro-optika moduladoMaterialoj pro ĝia bonega lineara elektro-optika efiko. Tamen la tradicia litio niobateElektro-Optika Moduliloestas farita el amasa litio -niobate -kristala materialo, kaj la aparato -grandeco estas tre granda, kio ne povas plenumi la bezonojn de integra mikroonda fotona teknologio. Kiel integri litiajn niobatajn materialojn kun lineara elektro-optika koeficiento en la integra mikroonda fotona teknologia sistemo fariĝis la celo de koncernaj esploristoj. En 2018, esplora teamo de Harvard University en Usono unue raportis la fotonan integriĝan teknologion bazitan sur maldika filmo litio niobate en naturo, ĉar la teknologio havas la avantaĝojn de alta integriĝo, granda elektro-optika modulado de bando, kaj alta lineareco de elektro-optika efiko, iam lanĉita, ĝi tuj kaŭzas la akademian kaj industrian atenton. El la perspektivo de mikroonda fotona apliko, ĉi tiu papero recenzas la influon kaj signifon de fotona integriĝa teknologio bazita sur maldika filmo litio niobate sur la disvolviĝo de mikroonda fotona teknologio.

Maldika filmo litio niobate materialo kaj maldika filmoModulatoro de Litio niobate
En la lastaj du jaroj, nova speco de litio niobate-materialo aperis, tio estas, ke la litio niobate-filmo estas elfoliigita el la amasa litio niobate-kristalo per la metodo de "ioni-tranĉado" kaj ligita al la SI-ilao de silica kaj likulo de siliko. Ridge -ondaj gvidiloj kun alteco de pli ol 100 nanometroj povas esti gravuritaj sur maldikaj filmaj litiaj niobataj materialoj per optimumigita seka akva procezo, kaj la efika refrakta indeksa diferenco de la ondgvidiloj formitaj povas atingi pli ol 0,8 (multe pli alta ol la refractiva indeksa diferenco de la tradicio 1. Kiam vi projektas la modulatoron. Tiel, estas profite atingi pli malaltan duon-ondan tension kaj pli grandan modulan larĝan bandon en pli mallonga longo.

La apero de malalta perdo litio niobate submikrona ondo-gvidilo rompas la botelon de alta veturanta tensio de tradicia litio niobate elektro-optika modulatoro. La interspaco de elektrodo povas esti reduktita al ~ 5 μm, kaj la interkovro inter la elektra kampo kaj la optika reĝima kampo multe pliigas, kaj la Vπ · L malpliiĝas de pli ol 20 V · cm al malpli ol 2,8 V · cm. Tial, sub la sama duon-ondo-tensio, la longo de la aparato povas esti tre reduktita kompare kun la tradicia modulatoro. Samtempe, post optimumigado de la parametroj de la larĝo, dikeco kaj intervalo de la vojaĝanta ondo-elektrodo, kiel montrite en la figuro, la modulatoro povas havi la kapablon de ultra-alta modulado larĝa bando pli ol 100 GHz.

Fig.1 （A） Kalkulita reĝima distribuo kaj （B） Bildo de la transversa sekcio de LN-ondgvidilo

Fig.

La komparo de maldikaj filmaj litiaj niobataj modulatoroj kun tradiciaj komercaj modulatoroj de litio niobate, modulatoroj de silicio-bazitaj kaj indiaj fosfidoj (INP) kaj aliaj ekzistantaj altrapidaj elektro-optikaj modulatoroj, la ĉefaj parametroj de la komparo inkluzivas:
(1) duon-ondo volt-longa produkto (Vπ · L, V · cm), mezurante la modulan efikecon de la modulatoro, des pli malgranda estas la valoro, des pli alta estas la modula efikeco;
(2) 3 dB-modulado larĝa bando (GHz), kiu mezuras la respondon de la modulatoro al altfrekvenca modulado;
(3) Optika enmeto -perdo (dB) en la modulada regiono. El la tablo videblas, ke maldika filma litio niobate-modulatoro havas evidentajn avantaĝojn en modulado de larĝa bando, duon-ondo-tensio, optika interpola perdo kaj tiel plu.

Silicio, kiel la angulo de integra optoelektroniko, estis evoluigita ĝis nun, la procezo estas matura, ĝia miniaturigo kondukas al la grandskala integriĝo 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 portanta deplano, portanta injekto kaj portanta amasiĝo. Inter ili, la larĝa de bando de la modulatoro estas optimuma kun la lineara grado-portanta malpliiĝa mekanismo, sed ĉar la optika kampa distribuo interkovriĝas kun la ne-unuformeco de la elflua regiono, ĉi tiu efiko enkondukos ne-linian duan ordon-distordadon de la modelo de la modelo de la modelo de la tempo, kun la ŝarĝo de la altrangado de la ŝovo de la modulo. distordo.

La INP-modulatoro havas elstarajn elektro-optikajn efikojn, kaj la mult-tavola kvantuma puto-strukturo povas realigi ultra-altan indicon kaj malaltan veturantan tensian modulatoron kun Vπ · L ĝis 0,156V · mm. Tamen, la variado de refrakta indekso kun elektra kampo inkluzivas linearajn kaj neliniajn terminojn, kaj la kresko de elektra kampo-intenseco igos la duan ordan efikon elstara. Tial, silicio kaj INP-elektro-optikaj modulatoroj bezonas apliki flekseblecon por formi PN-krucvojon kiam ili funkcios, kaj PN-krucvojo alportos absorban perdon. Tamen, la modula grandeco de ĉi tiuj du estas malgranda, la komerca INP -modulebla grandeco estas 1/4 de la LN -modulatoro. Alta modulada efikeco, taŭga por alta denseco kaj mallongdistancaj ciferecaj optikaj transdonaj retoj kiel datumcentroj. La elektro-optika efiko de litio niobate havas neniun malpezan absorban mekanismon kaj malaltan perdon, kiu taŭgas por longdistanca koheroOptika Komunikadokun granda kapablo kaj alta indico. En la mikroonda fotona apliko, la elektro-optikaj koeficientoj de Si kaj INP estas neliniaj, kio ne taŭgas por la mikroonda fotona sistemo, kiu persekutas altan linearecon kaj grandan dinamikon. La litio-niobate-materialo tre taŭgas por mikroonda fotono-apliko pro ĝia tute lineara elektro-optika modulado-koeficiento.