Բարակ կինոնկար լիթիումի նիոբատ նյութ եւ բարակ ֆիլմի լիթիում niobate մոդուլատոր

Նիհար կինոնկարի նիոբատի առավելություններ եւ նշանակություն ինտեգրված միկրոալիքային ֆոտոն տեխնոլոգիայում

Միկրոալիքային ֆոտոն տեխնոլոգիաՈւնի մեծ աշխատանքային թողունակության, ուժեղ մշակման ուժեղության ունակության եւ փոխանցման ցածր կորստի առավելություններ, որն ունի ավանդական միկրոալիքային համակարգի տեխնիկական խոչընդոտը եւ բարելավելու ռազմական էլեկտրոնային տեղեկատվական սարքավորումների կատարումը, ինչպիսիք են ռադարը, էլեկտրոնային պատերազմը, հաղորդակցությունը եւ վերահսկումը: Այնուամենայնիվ, դիսկրետ սարքերի վրա հիմնված միկրոալիքային ֆոտոնային համակարգը ունի որոշ խնդիրներ, ինչպիսիք են մեծ ծավալը, ծանր քաշը եւ վատ կայունությունը, ինչը լրջորեն սահմանափակում է տարածության եւ օդային ֆոտոն տեխնոլոգիայի կիրառումը տարածության եւ օդային ֆոտոն տեխնոլոգիային: Հետեւաբար, ինտեգրված միկրոալիքային ֆոտոնային տեխնոլոգիան դառնում է կարեւոր աջակցություն `ռազմական էլեկտրոնային տեղեկատվական համակարգում միկրոալիքային ֆոտոնի դիմումը կոտրելու եւ ամբողջական խաղ` միկրոալիքային ֆոտոն տեխնոլոգիայի առավելություններով:

Ներկայումս SI- ի վրա հիմնված ֆոտոնիկ ինտեգրման տեխնոլոգիան եւ INP- ի վրա հիմնված ֆոտոնոնային ինտեգրման տեխնոլոգիան ավելի ու ավելի հասունանում են օպտիկական հաղորդակցության ոլորտում տարիներ անց, եւ շուկա է դրվել շատ ապրանքներ: Այնուամենայնիվ, միկրոալիքային ֆոտոնի կիրառման համար կան որոշ խնդիրներ ֆոտոն ինտեգրման տեխնոլոգիաների այս երկու տեսակների մեջ. Օրինակ, SI մոդուլատորի եւ INP մոդուլյատորի ոչ գծային էլեկտրական գործակիցը հակասում է միկրոալիքային ֆոտոն տեխնոլոգիայով վարվող բարձր գծային եւ մեծ դինամիկ բնութագրերին. Օրինակ, սիլիկոնային օպտիկական անջատիչը, որը իրականացնում է օպտիկական ուղի անցում, լինի հիմնադրվում ջերմային-օպտիկական ազդեցության, պիեզոէլեկտրական ազդեցության կամ փոխադրման ներարկման ցրման ազդեցության խնդիրներ, որոնք չեն կարող բավարարել արագ ճառագայթների սկանավորման եւ մեծ զանգվածի մասշտաբի միկրոալիքային ֆոտոնային ծրագրեր:

Lithium niobate- ը միշտ եղել է առաջին ընտրությունը բարձր արագության համարԷլեկտրաօպտիկական մոդուլյացիանյութեր `իր գերազանց գծային էլեկտրական օպտիկական ազդեցության պատճառով: Այնուամենայնիվ, ավանդական լիթիումի նիոբատըԷլեկտրական օպտիկական մոդուլատորՊատրաստված է Lithium Niobate բյուրեղային նյութից, եւ սարքի չափը շատ մեծ է, որը չի կարող բավարարել ինտեգրված միկրոալիքային ֆոտոն տեխնոլոգիայի կարիքները: Ինչպես ինտեգրվել լիթիումի նիոբատ նյութերը գծային էլեկտրոօքսիեխնիկական գործակից ինտեգրված միկրոալիքային ֆոտոն տեխնոլոգիական համակարգի ինտեգրված համակարգի համակարգը դարձել է համապատասխան հետազոտողների նպատակը: 2018-ին Միացյալ Նահանգներում Հարվարդի համալսարանի հետազոտական ​​խումբը առաջին անգամ հաղորդել է ֆոտոնիկ ինտեգրման տեխնոլոգիան `հիմնվելով բնության բարակ լիթիի լիթիի նիոբատների վրա, քանի որ ժամանակին գործարկվել է էլեկտրաօթական ազդեցության բարձր մակարդակի վրա: Microwave Photon հավելվածի տեսանկյունից, այս հոդվածը վերանայում է ֆոտոն ինտեգրման տեխնոլոգիայի ազդեցությունն ու նշանակությունը `հիմնվելով բարակ ֆիլմի լիթիումի նիոբատի վրա` միկրոալիքային ֆոտոն տեխնոլոգիայի զարգացման վրա:

Նիհար կինոնկարը լիթիումի նիոբատ նյութ եւ բարակ ֆիլմLithium Niobate Modulator
Վերջին երկու տարիներին ի հայտ եկավ լիթիումի նիոբատ նյութի նոր տեսակը, այսինքն `լիթիումի նիոբատ ֆիլմը« իոնային կտրատման »միջոցով լցված լիթիումի նիոբատ բյուրեղից, եւ Silica Buffer շերտով սիլիկոնային լիթիումի նիշը ձեւավորելու համար: Ridge Waveguides- ը ավելի քան 100 նանոմետր բարձրություն կարող է լինել բարակ կինոնկարը լիթիումի նիոբատ նյութերի վրա `օպտիմիզացված չորացման գործընթացում, եւ ձեւավորված WaveGuide ցուցիչի արդյունավետ տարբերությունը կարող է հասնել 0.02-ի ավանդական լիտրային լիտրային ալիքի Միկրոալիքային դաշտը մոդուլատորը ձեւավորելիս: Այսպիսով, ձեռնտու է ավելի ցածր երկարությամբ հասնել ավելի ցածր կեսի լարման եւ ավելի մեծ մոդուլյացիայի թողունակության:

Loss ածր կորստի տեսքը Lithium Niobate Submicron Waveguide- ը խախտում է ավանդական լիթիումի էլեկտրոօտ օպտիկական մոդուլատորի բարձր շարժիչ լարման: Էլեկտրոդի տարածքը կարող է կրճատվել մինչեւ 5 մկմ, իսկ էլեկտրական դաշտի եւ օպտիկական ռեժիմի դաշտի միջեւ համընկնումը մեծապես աճում է, եւ Վրը նվազում է ավելի քան 20 վարակով ավելի քան 2,8 վարան: Հետեւաբար, նույն կիսամյակային լարման տակ, սարքի երկարությունը կարող է մեծապես կրճատվել ավանդական մոդուլատորի համեմատ: Միեւնույն ժամանակ, ճանապարհորդական ալիքի էլեկտրոդի լայնության, հաստության եւ ընդմիջման պարամետրերը օպտիմալացումից հետո, ինչպես ցույց է տրված գործիչում, մոդուլատորը կարող է ունենալ ավելի քան 100 ԳՀց-ից ավելի բարձր մոդուլյացիայի թողունակություն:

Նկար .1 (ա) հաշվարկված ռեժիմի բաշխում եւ (բ) LN WaveGuide- ի խաչմերուկի պատկերը

Նկար.2 (ա) WaveGuide եւ էլեկտրոդի կառուցվածքը եւ (բ) LN մոդուլատորի Coreplate

Բարակ կինոռեժիսուրայի լիթիումի Niobate Modulators- ի համեմատությունը ավանդական լիթիումի առեւտրային մոդուլատորներով, սիլիկոնային վրա հիմնված մոդուլատներով եւ indium ֆոսֆիտի (INP) մոդուլատորներով եւ առկա գերարագ էլեկտրական օպտիկական մոդուլներով, համեմատության հիմնական պարամետրերը ներառում են.
(1) կես ալիքի վոլտ երկարության արտադրանք (Vπ · L, VAM սմ), չափելով մոդուլյատորի մոդուլյացիայի արդյունավետությունը, այնքան փոքր արժեքը, այնքան բարձր է մոդուլյացիայի արդյունավետությունը.
(2) 3 DB մոդուլյացիայի թողունակություն (ԳՀց), որը չափում է մոդուլատորի պատասխանը բարձր հաճախականության մոդուլյացիայի.
(3) օպտիկական տեղադրման կորուստ (DB) մոդուլյացիայի շրջանում: Սեղանից կարելի է տեսնել, որ բարակ կինոնկարը լիթիումի Niobate մոդուլատորն ակնհայտ առավելություններ ունի մոդուլյացիոն թողունակության, կիսամյակային լարման, օպտիկական ինտերպոլացիայի կորստի եւ այլնի համար:

Սիլիկոնը, որպես ինտեգրված օպտոէլեկտրոնիկայի հիմնաքար, մշակվել է մինչ այժմ, գործընթացը հասուն է, դրա մանրանկարչությունը նպաստում է ակտիվ / պասիվ սարքերի լայնածավալ ինտեգրմանը, եւ դրա մոդուլատորը լայնորեն եւ խորապես ուսումնասիրվում է օպտիկական հաղորդակցության ոլորտում: Սիլիկոնի էլեկտրամոքսային մոդուլյացիայի մեխանիզմը հիմնականում փոխադրող է, փոխադրողի ներարկում եւ կրիչի կուտակում: Դրանց թվում, մոդուլյատորի թողունակությունը օպտիմալ է գծային աստիճանի փոխադրողի ոչնչացման մեխանիզմով, բայց այն պատճառով, որ օպտիկական դաշտի բաշխումը համընկնում է լույսի վրա, որը կներկայացնի օպտիկական մոդուլյացիայի ընդունակության եւ ազդանշանային խեղաթյուրման հետ:

INP մոդուլատորն ունի գերազանց էլեկտրական օպտիկական էֆեկտներ, իսկ բազմաշերտ քվանտային ջրհոր կառուցվածքը կարող է իրականացնել ծայրահեղ բարձր մակարդակի եւ ցածր վարորդական լարման մոդուլատորներ Vπ · L- ի հետ մինչեւ 0.156V · մմ: Այնուամենայնիվ, էլեկտրական դաշտով ռեֆրակցիոն ինդեքսի փոփոխությունը ներառում է գծային եւ ոչ գծային պայմաններ, եւ էլեկտրական դաշտի ինտենսիվության բարձրացումը կդարձնի երկրորդ կարգի ազդեցությունը: Հետեւաբար սիլիկոնային եւ INP էլեկտրոօտ օպտիկական մոդուլատները պետք է դիմեն կողմնակալություն, որպեսզի pn հանգույց ձեւավորեն, երբ նրանք աշխատեն, եւ PN հանգույցը կլանման կորուստ կբերի լույսի ներքո: Այնուամենայնիվ, այս երկուսի մոդուլատորի չափը փոքր է, առեւտրային INP մոդուլատորի չափը LN մոդուլյատորի 1/4-ն է: Բարձր մոդուլյացիայի արդյունավետություն, հարմար է բարձր խտության եւ կարճ հեռավորության թվային օպտիկական փոխանցման ցանցերի համար, ինչպիսիք են տվյալների կենտրոնները: Lithium Niobate- ի էլեկտրական օպտիկական ազդեցությունը չունի թեթեւ կլանման մեխանիզմ եւ ցածր կորուստ, որը հարմար է երկար հեռավորության վրաՕպտիկական հաղորդակցությունմեծ հզորությամբ եւ բարձր արագությամբ: Միկրոալիքային ֆոտոնի դիմումում SI եւ INP- ի էլեկտրական օպտիկական գործակիցները ոչ գծային են, ինչը հարմար չէ միկրոալիքային ֆոտոն համակարգի համար, որը հետապնդում է բարձր գծապատկեր եւ մեծ դինամիկա: Լիթիումի niobate նյութը շատ հարմար է միկրոալիքային ֆոտոնային դիմումի համար `իր ամբողջովին գծային էլեկտրական օպտիկական մոդուլյացիայի գործակիցի պատճառով: