Avantaĝoj kaj signifo de maldika filmo litia niobato en integra mikroonda fotona teknologio
Mikroonda fotona teknologiohavas la avantaĝojn de granda laborlarĝo de bando, forta paralela pretigkapablo kaj malalta transdona perdo, kiu havas la eblecon rompi la teknikan proplemkolokon de tradicia mikroondsistemo kaj plibonigi la agadon de armea elektronika informa ekipaĵo kiel ekzemple radaro, elektronika militado, komunikado kaj mezurado kaj kontrolo. Tamen, la mikroonda fotonsistemo bazita sur diskretaj aparatoj havas kelkajn problemojn kiel ekzemple granda volumeno, peza pezo kaj malbona stabileco, kiuj grave limigas la aplikon de mikroonda fotonteknologio en kosmoportitaj kaj aerplatformoj. Sekve, integra mikroonda fotona teknologio fariĝas grava subteno por rompi la aplikon de mikroonda fotono en armea elektronika informsistemo kaj doni plenan ludon al la avantaĝoj de mikroonda fotona teknologio.
Nuntempe, SI-bazita fotonika integriĝoteknologio kaj INP-bazita fotonika integriĝoteknologio fariĝis pli kaj pli maturaj post jaroj da evoluo en la kampo de optika komunikado, kaj multaj produktoj estis metitaj 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 estas kontraŭa al la alta lineareco kaj grandaj dinamikaj karakterizaĵoj traktitaj de mikroondoj. fotona teknologio; Ekzemple, la silicia optika ŝaltilo, kiu realigas optikan vojon ŝanĝas, ĉu bazita sur termika-optika efiko, piezoelektra efiko, aŭ portanta injekta disvastigo, havas la problemojn de malrapida ŝanĝrapido, elektrokonsumo kaj varmokonsumo, kiu ne povas renkonti la rapidan. radioskanado kaj granda tabelo-skalaj mikroondaj fotonaj aplikoj.
Litio niobato ĉiam estis la unua elekto por alta rapidoelektro-optika moduladomaterialoj pro ĝia bonega linia elektro-optika efiko. Tamen, la tradicia litio niobatoelektro-optika moduliloestas farita el amasa litio niobato kristala materialo, kaj la aparato grandeco estas tre granda, kiu ne povas renkonti la bezonojn de integra mikroonda fotona teknologio. Kiel integri litiajn niobatajn materialojn kun lineara elektro-optika koeficiento en la integran mikroondan fotonteknologian sistemon fariĝis la celo de koncernaj esploristoj. En 2018, esplora teamo de Harvard-Universitato en Usono unue raportis la fotonan integrigan teknologion bazitan sur maldika filmo litia niobato en la Naturo, ĉar la teknologio havas la avantaĝojn de alta integriĝo, granda elektro-optika modulada bendolarĝo kaj alta lineareco de elektro. -optika efiko, unufoje lanĉita, ĝi tuj kaŭzis la akademian kaj industrian atenton en la kampo de fotonika integriĝo kaj mikroonda fotoniko. El la perspektivo de mikroonda fotona aplikado, ĉi tiu artikolo revizias la influon kaj signifon de fotona integriĝoteknologio bazita sur maldika filmo litia niobato pri la evoluo de mikroonda fotona teknologio.
Maldika filmo litio niobato materialo kaj maldika filmomodulatoro de litio niobato
En la lastaj du jaroj, nova speco de litia niobato-materialo aperis, tio estas, la litia niobato-filmo estas eksfoliata el la masiva litia niobato-kristalo per la metodo de "jontranĉado" kaj ligita al la Si-oblato kun silika bufrotavolo al. formo LNOI (LiNbO3-On-Insulator) materialo [5], kiu estas nomita maldika filmo litia niobato materialo en ĉi tiu artikolo. Kresta ondgvidiloj kun alteco de pli ol 100 nanometroj povas esti gravuritaj sur maldika filmo litia niobato materialoj per optimumigita seka akvaforta procezo, kaj la efika refrakta indico diferenco de la ondoj formitaj povas atingi pli ol 0.8 (multe pli alta ol la refrakta indico diferenco de tradiciaj). litio-niobat-ondgvidiloj de 0.02), kiel montrite en Figuro 1. La forte limigita ondgvidisto faciligas egali la lumkampon kun la mikroondkampo dum dizajnado de la modulatoro. Tiel, estas utile atingi pli malaltan duon-ondan tension kaj pli grandan modulan bendolarĝon en pli mallonga longo.
La apero de malalta perdo litia niobato submikrona ondogvidilo rompas la botelon de alta veturanta tensio de tradicia litia niobato elektro-optika modulatoro. La elektrodinterspaco povas esti reduktita al ~ 5 μm, kaj la interkovro inter la elektra kampo kaj la optika reĝima kampo 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 duon-onda tensio, la longo de la aparato povas esti multe 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 modula bendolarĝo pli granda ol 100 GHz.
Fig.1 （a） kalkulita reĝimdistribuo kaj （b） bildo de la sekco de LN-ondgvidilo
Fig.2 （a） Ondgvidilo kaj elektrodstrukturo kaj （b） kernplato de LN-modulatoro
La komparo de maldikaj filmaj litio-niobato-moduliloj kun tradiciaj litio-niobato-komercaj moduliloj, silicio-bazitaj moduliloj kaj india fosfido (InP) modulatoroj kaj aliaj ekzistantaj altrapidaj elektro-optikaj moduliloj, la ĉefaj parametroj de la komparo inkluzivas:
(1) Duononda volt-longa produkto (vπ ·L, V·cm), mezurante la modulan efikecon de la modulatoro, ju pli malgranda la valoro, des pli alta la modulada efikeco;
(2) 3 dB modulada bendolarĝo (GHz), kiu mezuras la respondon de la modulatoro al altfrekvenca modulado;
(3) Optika enmeta perdo (dB) en la modulada regiono. Oni povas vidi el la tabelo, ke maldika filmo litia niobato modulatoro havas evidentajn avantaĝojn en modula bendolarĝo, duon-onda tensio, optika interpola perdo ktp.
Silicio, kiel la bazŝtono de integra optoelektroniko, estis evoluigita ĝis nun, la procezo estas matura, ĝia miniaturigo estas favora al la grandskala integriĝo de aktivaj/pasivaj aparatoj, kaj ĝia modulilo estis vaste kaj profunde studita en la kampo de optika. komunikado. La elektro-optika modula mekanismo de silicio estas ĉefe portanta malplenigo, portanta injekto kaj portanta amasiĝo. Inter ili, la bendolarĝo de la modulatoro estas optimuma kun la lineara grada portanta malpleniga mekanismo, sed ĉar la optika kampa distribuo interkovras kun la ne-unuformeco de la malplenigregiono, tiu efiko enkondukos nelinian duaordan misprezenton kaj triaordan intermodulan misprezenton. terminoj, kunligita kun la sorba efiko de la portanto sur la lumo, kiu kondukos al la redukto de la optika modulado amplitudo kaj signalo distordo.
La InP-modulilo havas elstarajn elektro-optikajn efikojn, kaj la plurtavola kvantuma puto-strukturo povas realigi ultra-altajn kaj malaltajn veturajn tensiajn modulantojn kun Vπ·L ĝis 0.156V · mm. Tamen, la variado de refrakta indico kun elektra kampo inkluzivas liniajn kaj neliniajn terminojn, kaj la pliiĝo de elektra kampa intenseco faros la duaordan efikon elstara. Tial, silicio kaj InP elektro-optikaj modulatoroj devas apliki biason por formi pn-krucvojon kiam ili funkcias, kaj pn-krucvojo alportos sorbadperdon. Tamen, la modulatorgrandeco de ĉi tiuj du estas malgranda, la komerca InP modulatorgrandeco estas 1/4 de la LN-modulator. Alta modula efikeco, taŭga por alta denseco kaj mallongdistancaj ciferecaj optikaj transdonaj retoj kiel datumcentroj. La elektro-optika efiko de litia niobato havas neniun lumsorban mekanismon kaj malaltan perdon, kiu taŭgas por longdistanca kohera.optika komunikadokun granda kapablo kaj alta rapideco. En la mikroonda fotona aplikaĵo, la elektro-optikaj koeficientoj de Si kaj InP estas neliniaj, kio ne taŭgas por la mikroonda fotona sistemo, kiu celas altan linearecon kaj grandan dinamikon. La litia niobato-materialo estas tre taŭga por mikroonda fotona aplikado pro sia tute linia elektro-optika moduladkoeficiento.
Afiŝtempo: Apr-22-2024