Ավելի բարձր ինտեգրված բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ էլեկտրաօպտիկական մոդուլատոր

Բարձր գծայինությունէլեկտրաօպտիկական մոդուլատորև միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառում
Հաղորդակցման համակարգերի աճող պահանջների հետ մեկտեղ, ազդանշանների փոխանցման արդյունավետությունը հետագայում բարելավելու համար, մարդիկ կմիաձուլեն ֆոտոններն ու էլեկտրոնները՝ լրացուցիչ առավելությունների հասնելու համար, և կծնվի միկրոալիքային ֆոտոնիկա: Էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորն անհրաժեշտ է էլեկտրաէներգիան լույսի վերածելու համարմիկրոալիքային ֆոտոնային համակարգեր, և այս հիմնական քայլը սովորաբար որոշում է ամբողջ համակարգի աշխատանքը: Քանի որ ռադիոհաճախականության ազդանշանի փոխակերպումը օպտիկական տիրույթի անալոգային ազդանշանային գործընթաց է և սովորականէլեկտրաօպտիկական մոդուլատորներունեն բնորոշ ոչ գծայինություն, փոխակերպման գործընթացում առկա է ազդանշանի լուրջ աղավաղում: Մոտավոր գծային մոդուլյացիայի հասնելու համար մոդուլատորի գործառնական կետը սովորաբար ամրագրվում է ուղղանկյուն կողմնակալության կետում, սակայն այն դեռևս չի կարող բավարարել մոդուլատորի գծայինության համար միկրոալիքային ֆոտոնային կապի պահանջները: Շտապ անհրաժեշտ են բարձր գծայնությամբ էլեկտրաօպտիկական մոդուլատորներ։

Սիլիցիումային նյութերի բեկման ինդեքսի բարձր արագության մոդուլյացիան սովորաբար ձեռք է բերվում ազատ կրիչի պլազմայի ցրման (FCD) էֆեկտով: Ե՛վ FCD էֆեկտը, և՛ PN հանգույցի մոդուլյացիան ոչ գծային են, ինչը սիլիցիումի մոդուլյատորին դարձնում է ավելի քիչ գծային, քան լիթիումի նիոբատի մոդուլյատորը: Լիթիումի նիոբատի նյութերը գերազանց են ցուցադրումէլեկտրաօպտիկական մոդուլյացիահատկություններ՝ շնորհիվ իրենց Pucker էֆեկտի: Միևնույն ժամանակ, լիթիումի նիոբատ նյութն ունի մեծ թողունակության, լավ մոդուլյացիայի բնութագրերի, ցածր կորստի, հեշտ ինտեգրման և կիսահաղորդչային գործընթացի հետ համատեղելիության առավելությունները, սիլիցիումի համեմատ բարձր արդյունավետության էլեկտրաօպտիկական մոդուլատոր պատրաստելու համար բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի օգտագործումը: գրեթե ոչ մի «կարճ ափսե», բայց նաև բարձր գծայնության հասնելու համար: Մեկուսիչի վրա բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ (LNOI) էլեկտրաօպտիկական մոդուլատորը դարձել է զարգացման հեռանկարային ուղղություն: Բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի նյութերի պատրաստման տեխնոլոգիայի և ալիքի փորագրման տեխնոլոգիայի զարգացմամբ, բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի էլեկտրաօպտիկական մոդուլատորի բարձր փոխակերպման արդյունավետությունը և ավելի բարձր ինտեգրումը դարձել են միջազգային ակադեմիայի և արդյունաբերության ոլորտ:

Լիթիումի նիոբատի բարակ թաղանթի բնութագրերը
Միացյալ Նահանգներում DAP AR պլանավորումը կատարել է լիթիումի նիոբատի նյութերի հետևյալ գնահատականը. եթե էլեկտրոնային հեղափոխության կենտրոնն անվանվել է սիլիցիումի նյութի անունով, որը դա հնարավոր է դարձնում, ապա ֆոտոնիկական հեղափոխության ծննդավայրը հավանաբար կկոչվի լիթիումի նիոբատի անունով։ . Դա պայմանավորված է նրանով, որ լիթիումի նիոբատը միավորում է էլեկտրաօպտիկական էֆեկտը, ակուստո-օպտիկական էֆեկտը, պիեզոէլեկտրական էֆեկտը, ջերմաէլեկտրական էֆեկտը և ֆոտոռեֆրակցիոն էֆեկտը, ինչպես օպտիկայի ոլորտում սիլիցիումի նյութերը:

Օպտիկական փոխանցման բնութագրերի առումով InP նյութն ունի չիպի վրա փոխանցման ամենամեծ կորուստը, որը պայմանավորված է լույսի կլանմամբ սովորաբար օգտագործվող 1550 նմ տիրույթում: SiO2-ը և սիլիցիումի նիտրիդը ունեն փոխանցման լավագույն բնութագրերը, և կորուստը կարող է հասնել ~ 0.01dB/cm մակարդակի; Ներկայումս բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ ալիքատարի ալիքատար կորուստը կարող է հասնել 0,03 դԲ/սմ մակարդակի, իսկ բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ ալիքատարի կորուստը հետագայում կարող է կրճատվել՝ տեխնոլոգիական մակարդակի շարունակական բարելավմամբ։ ապագան։ Հետևաբար, բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ նյութը լավ արդյունավետություն կցուցաբերի պասիվ լույսի կառուցվածքների համար, ինչպիսիք են ֆոտոսինթետիկ ուղին, շանտը և միկրոօղակը:

Ինչ վերաբերում է լույսի առաջացմանը, միայն InP-ն ունի ուղիղ լույս արձակելու հնարավորություն; Հետևաբար, միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառման համար անհրաժեշտ է ներդնել InP-ի վրա հիմնված լույսի աղբյուր LNOI-ի վրա հիմնված ֆոտոնային ինտեգրված չիպի վրա՝ եռակցման կամ էպիտաքսիալ աճի միջոցով: Լույսի մոդուլյացիայի առումով վերևում շեշտվեց, որ բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ նյութը ավելի հեշտ է հասնել ավելի մեծ մոդուլյացիայի թողունակության, ցածր կիսաալիքային լարման և փոխանցման ավելի ցածր կորստի, քան InP-ն և Si-ն: Ավելին, բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ նյութերի էլեկտրաօպտիկական մոդուլյացիայի բարձր գծայինությունը էական է միկրոալիքային ֆոտոնների բոլոր կիրառությունների համար:

Օպտիկական երթուղավորման առումով, բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ նյութի բարձր արագությամբ էլեկտրաօպտիկական արձագանքը թույլ է տալիս LNOI-ի վրա հիմնված օպտիկական անջատիչը բարձր արագությամբ օպտիկական երթուղային անջատում իրականացնել, և նման բարձր արագությամբ անջատման էներգիայի սպառումը նույնպես շատ ցածր է: Ինտեգրված միկրոալիքային ֆոտոնների տեխնոլոգիայի տիպիկ կիրառման համար օպտիկական կառավարվող ճառագայթաձևող չիպն ունի բարձր արագությամբ միացման հնարավորություն՝ բավարարելու արագ ճառագայթային սկանավորման կարիքները, և ծայրահեղ ցածր էներգիայի սպառման բնութագրերը լավ հարմարեցված են մեծ չափերի խիստ պահանջներին: - մասշտաբային փուլային զանգվածային համակարգ: Չնայած InP-ի վրա հիմնված օպտիկական անջատիչը կարող է նաև իրականացնել բարձր արագությամբ օպտիկական ուղու միացում, այն կներկայացնի մեծ աղմուկ, հատկապես, երբ բազմաստիճան օպտիկական անջատիչը կասկադացված է, աղմուկի գործակիցը լրջորեն կվատթարանա: Սիլիցիումի, SiO2 և սիլիցիումի նիտրիդային նյութերը կարող են փոխել օպտիկական ուղիները միայն ջերմաօպտիկական էֆեկտի կամ կրիչի ցրման էֆեկտի միջոցով, որն ունի բարձր էներգիայի սպառման և միացման դանդաղ արագության թերությունները: Երբ փուլային զանգվածի զանգվածի չափը մեծ է, այն չի կարող բավարարել էներգիայի սպառման պահանջները:

Օպտիկական ուժեղացման առումով, իկիսահաղորդչային օպտիկական ուժեղացուցիչ (SOA) հիմնված InP-ի վրա հասուն է եղել կոմերցիոն օգտագործման համար, սակայն այն ունի բարձր աղմուկի գործակից և ցածր հագեցվածության ելքային հզորության թերությունները, ինչը չի նպաստում միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառմանը: Պարբերական ակտիվացման և շրջադարձի վրա հիմնված բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատ ալիքատարի պարամետրային ուժեղացման գործընթացը կարող է հասնել ցածր աղմուկի և բարձր հզորության օպտիկական ուժեղացում չիպի վրա, որը կարող է բավարարել միկրոալիքային ֆոտոնների ինտեգրված տեխնոլոգիայի պահանջները չիպի վրա օպտիկական ուժեղացման համար:

Լույսի հայտնաբերման առումով, բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատը լավ փոխանցման բնութագրեր ունի դեպի լույսը 1550 նմ տիրույթում: Ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման գործառույթը չի կարող իրականացվել, ուստի միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառման համար՝ չիպի վրա ֆոտոէլեկտրական փոխակերպման կարիքները բավարարելու համար: InGaAs կամ Ge-Si հայտնաբերման միավորները պետք է ներդրվեն LNOI-ի վրա հիմնված ֆոտոնային ինտեգրված չիպերի վրա՝ հետբեռնված եռակցման կամ էպիտաքսիալ աճի միջոցով: Օպտիկական մանրաթելերի հետ զուգակցման առումով, քանի որ օպտիկական մանրաթելն ինքնին SiO2 նյութ է, SiO2 ալիքատարի ռեժիմի դաշտն ունի ամենաբարձր համապատասխանության աստիճանը օպտիկական մանրաթելերի ռեժիմի դաշտի հետ, և միացումն ամենահարմարն է: Բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի խիստ սահմանափակ ալիքատարի ռեժիմի դաշտի տրամագիծը մոտ 1 մկմ է, ինչը միանգամայն տարբերվում է օպտիկական մանրաթելերի ռեժիմի դաշտից, ուստի պետք է կատարվի ճիշտ ռեժիմի կետային փոխակերպում՝ օպտիկական մանրաթելի ռեժիմի դաշտին համապատասխանելու համար:

Ինտեգրման առումով տարբեր նյութերի ինտեգրման բարձր պոտենցիալ ունենալը հիմնականում կախված է ալիքատարի ճկման շառավղից (ազդում է ալիքատարի ռեժիմի դաշտի սահմանափակման վրա): Խիստ սահմանափակված ալիքատարը թույլ է տալիս ավելի փոքր ճկման շառավիղ, որն ավելի նպաստավոր է բարձր ինտեգրման իրականացման համար: Հետևաբար, բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի ալիքատարները բարձր ինտեգրման հասնելու ներուժ ունեն: Հետևաբար, բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի հայտնվելը հնարավորություն է տալիս լիթիումի նիոբատ նյութին իսկապես օպտիկական «սիլիկոնի» դեր խաղալ: Միկրոալիքային ֆոտոնների կիրառման համար ավելի ակնհայտ են բարակ թաղանթով լիթիումի նիոբատի առավելությունները։