Բարակ թաղանթային լիթիում-նիոբատային էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորի կառուցվածքի և աշխատանքի ներածություն

Ներածություն կառուցվածքին և կատարողականինԲարակ թաղանթային լիթիում-նիոբատային էլեկտրոօպտիկական մոդուլյատոր
An էլեկտրաօպտիկական մոդուլյատորհիմնված բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատի տարբեր կառուցվածքների, ալիքի երկարությունների և հարթակների վրա, և տարբեր տեսակների համապարփակ կատարողականի համեմատությունԸԴՄ մոդուլյատորներ, ինչպես նաև հետազոտության և կիրառման վերլուծությունբարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային մոդուլյատորներայլ ոլորտներում։

1. Ոչ ռեզոնանսային խոռոչի բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային մոդուլյատոր
Այս տեսակի մոդուլյատորը հիմնված է լիթիումի նիոբատ բյուրեղի գերազանց էլեկտրաօպտիկական էֆեկտի վրա և հանդիսանում է բարձր արագությամբ և երկար հեռավորությունների վրա օպտիկական կապի ապահովման հիմնական սարք։ Կան երեք հիմնական կառուցվածքներ՝
1.1 Շրջող ալիքային էլեկտրոդային MZI մոդուլյատոր. Սա ամենատարածված դիզայնն է: Հարվարդի համալսարանի Լոնչար հետազոտական ​​խումբը առաջին անգամ բարձր արդյունավետության տարբերակ է ստեղծել 2018 թվականին, որին հաջորդել են բարելավումները, ներառյալ քվարցային հիմքերի վրա հիմնված տարողունակ բեռնումը (բարձր թողունակություն, բայց անհամատեղելի սիլիցիումային հիմքերի հետ) և հիմքի խոռոչավորման վրա հիմնված սիլիցիումային համատեղելիությունը, ապահովելով բարձր թողունակություն (>67 ԳՀց) և բարձր արագության ազդանշանի (օրինակ՝ 112 Գբիթ/վրկ PAM4) փոխանցում:
1.2 Ծալովի MZI մոդուլյատոր. Սարքի չափը կրճատելու և QSFP-DD-ի նման կոմպակտ մոդուլներին հարմարվելու համար օգտագործվում են բևեռացման մշակում, խաչաձև ալիքատար կամ շրջված միկրոկառուցվածքային էլեկտրոդներ՝ սարքի երկարությունը կիսով չափ կրճատելու և 60 ԳՀց թողունակություն ապահովելու համար։
1.3 Միակ/երկակի բևեռացման կոհերենտ օրթոգոնալ (IQ) մոդուլյատոր. Օգտագործում է բարձր կարգի մոդուլյացիայի ձևաչափ՝ փոխանցման արագությունը բարձրացնելու համար: Սուն Յաթսենի համալսարանի Cai հետազոտական ​​խումբը 2020 թվականին ստեղծել է առաջին ներկառուցված միակ բևեռացման IQ մոդուլյատորը: Ապագայում մշակված երկակի բևեռացման IQ մոդուլյատորն ունի ավելի լավ արդյունավետություն, իսկ քվարցե հիմքի վրա հիմնված տարբերակը սահմանել է 1.96 Տբիտ/վրկ միակ ալիքի երկարության փոխանցման արագության ռեկորդ:

2. Ռեզոնանսային խոռոչի տիպի բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային մոդուլյատոր
Գերփոքր և մեծ թողունակության մոդուլյատորներ ստանալու համար կան տարբեր ռեզոնանսային խոռոչային կառուցվածքներ.
2.1 Ֆոտոնային բյուրեղ (ՖԲ) և միկրոօղակային մոդուլյատոր. Լինի հետազոտական ​​խումբը Ռոչեսթերի համալսարանում մշակել է առաջին բարձր արդյունավետությամբ ֆոտոնային բյուրեղային մոդուլյատորը: Բացի այդ, առաջարկվել են նաև սիլիցիում-լիթիում-նիոբատի հետերոգեն և համասեռ ինտեգրման վրա հիմնված միկրոօղակային մոդուլյատորներ, որոնք ապահովում են մի քանի ԳՀց հաճախականության թողունակություն:
2.2 Բրեգգի ցանցային ռեզոնանսային խոռոչի մոդուլյատոր. ներառյալ Ֆաբրի Պերոյի (FP) խոռոչը, ալիքատար Բրեգգի ցանցը (WBG) և դանդաղ լույսի (SL) մոդուլյատորը: Այս կառուցվածքները նախագծված են չափսը, գործընթացի հանդուրժողականությունը և կատարողականությունը հավասարակշռելու համար, օրինակ՝ 2 × 2 FP ռեզոնանսային խոռոչի մոդուլյատորը հասնում է 110 ԳՀց-ից ավելի գերմեծ թողունակության: Կապակցված Բրեգգի ցանցի վրա հիմնված դանդաղ լույսի մոդուլյատորը ընդլայնում է աշխատանքային թողունակության տիրույթը:

3. Հետերոգեն ինտեգրված բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատային մոդուլյատոր
Սիլիցիումային հարթակների վրա CMOS տեխնոլոգիայի համատեղելիությունը լիթիումի նիոբատի գերազանց մոդուլյացիոն կատարողականության հետ համատեղելու համար կան երեք հիմնական ինտեգրման մեթոդներ.
3.1 Կապի տիպի տարասեռ ինտեգրացիա. Բենզոցիկլոբուտենի (BCB) կամ սիլիցիումի երկօքսիդի հետ անմիջական կապով, բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատը տեղափոխվում է սիլիցիումի կամ սիլիցիումի նիտրիդի հարթակ, հասնելով վաֆլիի մակարդակի, բարձր ջերմաստիճանի կայուն ինտեգրացիայի: Մոդուլյատորը ցուցաբերում է բարձր թողունակություն (>70 ԳՀց, նույնիսկ գերազանցելով 110 ԳՀց) և բարձր արագությամբ ազդանշանի փոխանցման հնարավորություն:
3.2 Ալիքային նյութի նստեցման հետերոգեն ինտեգրում. սիլիցիումի կամ սիլիցիումի նիտրիդի նստեցումը բարակ թաղանթային լիթիումի նիոբատի վրա որպես բեռնման ալիքային հաղորդիչ նույնպես ապահովում է արդյունավետ էլեկտրաօպտիկական մոդուլյացիա։
3.3 Միկրոփոխանցման տպագրության (μ TP) տարասեռ ինտեգրացիա. Սա տեխնոլոգիա է, որը նախատեսվում է օգտագործել մեծածավալ արտադրության համար, որը նախապես պատրաստված ֆունկցիոնալ սարքերը տեղափոխում է թիրախային չիպեր բարձր ճշգրտության սարքավորումների միջոցով՝ խուսափելով բարդ հետմշակումից: Այն հաջողությամբ կիրառվել է սիլիցիումի նիտրիդի և սիլիցիումի վրա հիմնված հարթակների վրա՝ հասնելով տասնյակ ԳՀց հաճախականության թողունակության:

Ամփոփելով՝ այս հոդվածը համակարգված կերպով ուրվագծում է բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային հարթակների վրա հիմնված էլեկտրոօպտիկ մոդուլյատորների տեխնոլոգիական ուղեցույցը՝ սկսած բարձր արդյունավետությամբ և մեծ թողունակությամբ ոչ ռեզոնանսային խոռոչային կառուցվածքների որոնումից մինչև մանրանկարչական ռեզոնանսային խոռոչային կառուցվածքների ուսումնասիրություն և հասուն սիլիցիումային ֆոտոնային հարթակների հետ ինտեգրում: Այն ցույց է տալիս բարակ թաղանթային լիթիում նիոբատային մոդուլյատորների հսկայական ներուժը և շարունակական առաջընթացը՝ ավանդական մոդուլյատորների աշխատանքային խոչընդոտները հաղթահարելու և բարձր արագությամբ օպտիկական կապի հասնելու գործում: