Բարձր ինտեգրված բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատոր

Բարձր գծայնությունէլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորև միկրոալիքային ֆոտոնի կիրառություն
Կապի համակարգերի պահանջարկի աճին զուգընթաց, ազդանշանների փոխանցման արդյունավետությունը հետագայում բարելավելու համար, մարդիկ կմիավորեն ֆոտոններն ու էլեկտրոնները՝ լրացուցիչ առավելություններ ստանալու համար, և կծնվի միկրոալիքային ֆոտոնիկան։ Էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորը անհրաժեշտ է էլեկտրաէներգիան լույսի փոխակերպելու համար։միկրոալիքային ֆոտոնային համակարգեր, և այս հիմնական քայլը սովորաբար որոշում է ամբողջ համակարգի աշխատանքը։ Քանի որ ռադիոհաճախականության ազդանշանի օպտիկական տիրույթի փոխակերպումը անալոգային ազդանշանի գործընթաց է, և սովորականէլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորներՔանի որ ունեն բնածին ոչ գծայինություն, փոխակերպման գործընթացում կա ազդանշանի լուրջ աղավաղում: Մոտավոր գծային մոդուլյացիայի հասնելու համար մոդուլյատորի աշխատանքային կետը սովորաբար ֆիքսված է օրթոգոնալ շեղման կետում, սակայն այն դեռևս չի կարող բավարարել միկրոալիքային ֆոտոնային կապի պահանջները մոդուլյատորի գծայինության համար: Բարձր գծայինությամբ էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորներ անհրաժեշտ են անհապաղ:

Սիլիցիումային նյութերի բարձր արագությամբ բեկման ցուցիչի մոդուլյացիան սովորաբար իրականացվում է ազատ կրիչի պլազմային դիսպերսիայի (FCD) էֆեկտի միջոցով: Եվ՛ FCD էֆեկտը, և՛ PN միացման մոդուլյացիան ոչ գծային են, ինչը սիլիցիումային մոդուլյատորը դարձնում է պակաս գծային, քան լիթիումի նիոբատի մոդուլյատորը: Լիթիումի նիոբատի նյութերը ցուցաբերում են գերազանցէլեկտրաօպտիկական մոդուլյացիաՀատկությունները պայմանավորված են Պուկերի էֆեկտով։ Միևնույն ժամանակ, լիթիումի նիոբատ նյութն ունի մեծ թողունակություն, լավ մոդուլյացիայի բնութագրեր, ցածր կորուստներ, հեշտ ինտեգրում և կիսահաղորդչային պրոցեսի հետ համատեղելիություն, բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատի օգտագործումը բարձր արդյունավետության էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորներ պատրաստելու համար, սիլիցիումի համեմատ գրեթե «կարճ թիթեղ» չունի, բայց նաև բարձր գծայնություն է ապահովում։ Բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատի (LNOI) էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորը մեկուսիչի վրա դարձել է խոստումնալից զարգացման ուղղություն։ Բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային նյութերի պատրաստման տեխնոլոգիայի և ալիքատար փորագրման տեխնոլոգիայի զարգացման հետ մեկտեղ, բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատորի բարձր փոխակերպման արդյունավետությունը և ավելի բարձր ինտեգրումը դարձել են միջազգային ակադեմիական և արդյունաբերության ոլորտ։

Բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատի բնութագրերը
Միացյալ Նահանգներում DAP AR պլանավորումը կատարել է լիթիումի նիոբատային նյութերի հետևյալ գնահատումը. եթե էլեկտրոնային հեղափոխության կենտրոնը անվանակոչվել է այն սիլիցիումային նյութի անունով, որը հնարավոր է դարձնում այն, ապա ֆոտոնիկայի հեղափոխության ծննդավայրը, հավանաբար, կոչվելու է լիթիումի նիոբատի անունով: Դա պայմանավորված է նրանով, որ լիթիումի նիոբատը միավորում է էլեկտրաօպտիկական էֆեկտը, ակուստոօպտիկական էֆեկտը, պիեզոէլեկտրական էֆեկտը, ջերմաէլեկտրական էֆեկտը և լուսաբեկման էֆեկտը մեկում, ինչպես սիլիցիումային նյութերը օպտիկայի ոլորտում:

Օպտիկական փոխանցման բնութագրերի առումով, InP նյութն ունի ամենամեծ չիպի վրա փոխանցման կորուստը՝ լույսի կլանման պատճառով լայնորեն օգտագործվող 1550 նմ տիրույթում: SiO2-ը և սիլիցիումի նիտրիդն ունեն լավագույն փոխանցման բնութագրերը, և կորուստը կարող է հասնել ~ 0.01 դԲ/սմ մակարդակի: Ներկայումս բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային ալիքատարի ալիքատարի կորուստը կարող է հասնել 0.03 դԲ/սմ մակարդակի, և բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային ալիքատարի կորուստը ապագայում տեխնոլոգիական մակարդակի շարունակական կատարելագործման հետ մեկտեղ կարող է էլ ավելի նվազել: Հետևաբար, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային նյութը լավ աշխատանք կցուցաբերի պասիվ լույսի կառուցվածքների համար, ինչպիսիք են ֆոտոսինթետիկ ուղին, շունտը և միկրոօղակը:

Լույսի առաջացման առումով միայն InP-ն ունի անմիջականորեն լույս արձակելու ունակություն։ Հետևաբար, միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառման համար անհրաժեշտ է InP-ի վրա հիմնված լույսի աղբյուրը ներմուծել LNOI-ի վրա հիմնված ֆոտոնային ինտեգրված չիպի վրա՝ հետադարձ բեռնման եռակցման կամ էպիտաքսիալ աճի միջոցով։ Լույսի մոդուլյացիայի առումով, վերևում ընդգծվել է, որ բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային նյութը ավելի հեշտ է հասնել ավելի մեծ մոդուլյացիայի թողունակության, ցածր կիսաալիքային լարման և ցածր փոխանցման կորստի, քան InP-ն և Si-ն։ Ավելին, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային նյութերի էլեկտրաօպտիկական մոդուլյացիայի բարձր գծայնությունը կարևոր է բոլոր միկրոալիքային ֆոտոնային կիրառությունների համար։

Օպտիկական երթուղայնացման առումով, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատ նյութի բարձր արագության էլեկտրաօպտիկական արձագանքը LNOI-ի վրա հիմնված օպտիկական անջատիչը դարձնում է բարձր արագության օպտիկական երթուղայնացման ունակ, և նման բարձր արագության անջատման էներգիայի սպառումը նույնպես շատ ցածր է: Ինտեգրված միկրոալիքային ֆոտոնային տեխնոլոգիայի բնորոշ կիրառման համար օպտիկապես կառավարվող ճառագայթաձևավորման չիպը ունի բարձր արագության անջատման ունակություն՝ արագ ճառագայթային սկանավորման կարիքները բավարարելու համար, և գերցածր էներգիայի սպառման բնութագրերը լավ են հարմարեցված մեծածավալ փուլային մատրիցային համակարգի խիստ պահանջներին: Չնայած InP-ի վրա հիմնված օպտիկական անջատիչը կարող է նաև իրականացնել բարձր արագության օպտիկական ուղու անջատում, այն կառաջացնի մեծ աղմուկ, հատկապես, երբ բազմամակարդակ օպտիկական անջատիչը կասկադային է, աղմուկի գործակիցը լրջորեն կվատանա: Սիլիցիումի, SiO2-ի և սիլիցիումի նիտրիդային նյութերը կարող են օպտիկական ուղիները փոխել միայն ջերմաօպտիկական էֆեկտի կամ կրիչի ցրման էֆեկտի միջոցով, որն ունի բարձր էներգիայի սպառման և դանդաղ անջատման արագության թերություններ: Երբ փուլային մատրիցի զանգվածի չափը մեծ է, այն չի կարող բավարարել էներգիայի սպառման պահանջները:

Օպտիկական ուժեղացման առումով,կիսահաղորդչային օպտիկական ուժեղացուցիչ (SOAInP-ի վրա հիմնված )-ը հասունացել է առևտրային օգտագործման համար, սակայն այն ունի բարձր աղմուկի գործակից և ցածր հագեցվածության ելքային հզորություն, ինչը չի նպաստում միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառմանը: Պարբերական ակտիվացման և ինվերսիայի վրա հիմնված բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային ալիքատարի պարամետրիկ ուժեղացման գործընթացը կարող է ապահովել ցածր աղմուկ և բարձր հզորության միկրոալիքային օպտիկական ուժեղացում չիպի վրա, որը կարող է լավ բավարարել ինտեգրված միկրոալիքային ֆոտոնային տեխնոլոգիայի պահանջները չիպի վրա օպտիկական ուժեղացման համար:

Լույսի հայտնաբերման առումով, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատը լավ փոխանցման բնութագրեր ունի 1550 նմ ընդգրկույթում լույսի նկատմամբ: Ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման գործառույթը հնարավոր չէ իրականացնել, ուստի միկրոալիքային ֆոտոնային կիրառությունների համար, չիպի վրա ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման կարիքները բավարարելու համար, LNOI-ի վրա հիմնված ֆոտոնային ինտեգրված չիպերի վրա անհրաժեշտ է տեղադրել InGaAs կամ Ge-Si հայտնաբերման միավորներ՝ հետադարձ բեռնման եռակցման կամ էպիտաքսիալ աճեցման միջոցով: Օպտիկական մանրաթելի հետ միացման առումով, քանի որ օպտիկական մանրաթելն ինքնին SiO2 նյութ է, SiO2 ալիքատարի մոդային դաշտն ունի ամենաբարձր համապատասխանության աստիճանը օպտիկական մանրաթելի մոդային դաշտի հետ, և միացումը ամենահարմարն է: Բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատի խիստ սահմանափակված ալիքատարի մոդային դաշտի տրամագիծը մոտ 1 մկմ է, որը բավականին տարբերվում է օպտիկական մանրաթելի մոդային դաշտից, ուստի պետք է իրականացվի համապատասխան մոդային կետային փոխակերպում՝ օպտիկական մանրաթելի մոդային դաշտին համապատասխանելու համար:

Ինտեգրման առումով, տարբեր նյութերի բարձր ինտեգրման պոտենցիալը հիմնականում կախված է ալիքատարի ծռման շառավղից (որը ազդում է ալիքատարի ռեժիմի դաշտի սահմանափակումից): Ուժեղ սահմանափակված ալիքատարը թույլ է տալիս ունենալ ավելի փոքր ծռման շառավիղ, որն ավելի նպաստավոր է բարձր ինտեգրման իրականացման համար: Հետևաբար, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային ալիքատարները ունեն բարձր ինտեգրման հասնելու ներուժ: Հետևաբար, բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատի ի հայտ գալը հնարավորություն է տալիս լիթիում նիոբատային նյութին իրականում խաղալ օպտիկական «սիլիկոնի» դեր: Միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառման համար բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատի առավելություններն ավելի ակնհայտ են: