Materyèl niobat ityòm fim mens ak modilatè niobat ityòm fim mens

Avantaj ak enpòtans niobat ityòm fim mens nan teknoloji foton mikwo ond entegre

Teknoloji foton mikwo ondLi gen avantaj tankou yon gwo Pleasant k ap travay, yon gwo kapasite pou trete an paralèl ak yon ti pèt transmisyon, sa ki gen potansyèl pou kraze blokaj teknik sistèm mikwo ond tradisyonèl yo epi amelyore pèfòmans ekipman enfòmasyon elektwonik militè yo tankou rada, lagè elektwonik, kominikasyon ak mezi ak kontwòl. Sepandan, sistèm foton mikwo ond ki baze sou aparèy diskrè yo gen kèk pwoblèm tankou gwo volim, pwa lou ak estabilite pòv, ki limite seryezman aplikasyon teknoloji foton mikwo ond nan platfòm espasyal ak ayeryen. Se poutèt sa, teknoloji foton mikwo ond entegre a ap vin yon sipò enpòtan pou kraze aplikasyon foton mikwo ond nan sistèm enfòmasyon elektwonik militè yo epi bay tout avantaj teknoloji foton mikwo ond lan.

Kounye a, teknoloji entegrasyon fotonik ki baze sou SI ak teknoloji entegrasyon fotonik ki baze sou INP vin pi matirite apre plizyè ane devlopman nan domèn kominikasyon optik, e anpil pwodwi te mete sou mache a. Sepandan, pou aplikasyon foton mikwo ond, gen kèk pwoblèm nan de kalite teknoloji entegrasyon foton sa yo: pa egzanp, koyefisyan elektwo-optik non lineyè modilatè Si ak modilatè InP a kontrè ak gwo linearite ak gwo karakteristik dinamik teknoloji foton mikwo ond pouswiv; Pa egzanp, switch optik silikon ki reyalize komitasyon chemen optik, kit se sou efè tèmik-optik, efè pyezoelektrik, oswa efè dispèsyon enjeksyon transpòtè, gen pwoblèm vitès komitasyon ralanti, konsomasyon enèji ak konsomasyon chalè, ki pa ka satisfè aplikasyon foton mikwo ond rapid eskanè gwo bout bwa ak gwo echèl etalaj.

Niobat ityòm te toujou premye chwa pou gwo vitèsmodilasyon elektwo-optikmateryèl yo akòz ekselan efè elektwo-optik lineyè li yo. Sepandan, niobat ityòm tradisyonèl lamodilatè elektwo-optikLi fèt ak yon materyèl kristal niobat lityòm masiv, epi gwosè aparèy la trè gwo, sa ki pa ka satisfè bezwen teknoloji foton mikwo ond entegre a. Kijan pou entegre materyèl niobat lityòm ak koyefisyan elektwo-optik lineyè nan sistèm teknoloji foton mikwo ond entegre a vin tounen objektif chèchè ki enpòtan yo. An 2018, yon ekip rechèch nan Inivèsite Harvard nan Etazini te rapòte pou premye fwa teknoloji entegrasyon fotonik ki baze sou niobat lityòm fim mens nan Nature, paske teknoloji a gen avantaj entegrasyon segondè, gwo Pleasant modilasyon elektwo-optik, ak gwo linearite nan efè elektwo-optik, yon fwa lanse, li imedyatman te pwovoke atansyon akademik ak endistriyèl nan domèn entegrasyon fotonik ak fotonik mikwo ond. Nan pèspektiv aplikasyon foton mikwo ond, atik sa a revize enfliyans ak siyifikasyon teknoloji entegrasyon foton ki baze sou niobat lityòm fim mens sou devlopman teknoloji foton mikwo ond.

Materyèl niobat ityòm fim mens ak fim mensmodilatè niobat lityòm
Nan de dènye ane yo, yon nouvo kalite materyèl niobat ityòm te parèt, sa vle di, fim niobat ityòm nan èksfolye nan kristal niobat ityòm masiv la pa metòd "tranche iyon" epi li kole sou waf Si a ak yon kouch silica tampon pou fòme materyèl LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], ke yo rele materyèl niobat ityòm fim mens nan papye sa a. Gid vag Ridge ki gen yon wotè plis pase 100 nanomèt yo ka grave sou materyèl niobat ityòm fim mens pa yon pwosesis grave sèk optimize, epi diferans endis refraksyon efektif gid vag yo ki fòme a ka rive plis pase 0.8 (byen lwen pi wo pase diferans endis refraksyon gid vag niobat ityòm tradisyonèl yo ki se 0.02), jan yo montre nan Figi 1. Gid vag ki trè restriksyon an fè li pi fasil pou matche chan limyè a ak chan mikwo ond lan lè w ap desine modilatè a. Kidonk, li benefik pou reyalize yon vòltaj demi-onn ki pi ba ak yon pi gwo Pleasant modilasyon nan yon longè ki pi kout.

Aparans gid ond submikron ityòm niobat ki gen ti pèt la kraze blokaj vòltaj kondwi wo modilatè elektwo-optik ityòm niobat tradisyonèl la. Espasman elektwòd yo ka redwi a ~ 5 μm, epi sipèpoze ant chan elektrik la ak chan mòd optik la ogmante anpil, epi vπ ·L la diminye soti nan plis pase 20 V·cm pou rive mwens pase 2.8 V·cm. Kidonk, anba menm vòltaj demi-onn lan, longè aparèy la ka redwi anpil konpare ak modilatè tradisyonèl la. An menm tan, apre yo fin optimize paramèt lajè, epesè ak entèval elektwòd ond k ap deplase a, jan yo montre nan figi a, modilatè a ka gen kapasite pou gen yon Pleasant modilasyon ultra-wo ki pi gran pase 100 GHz.

Fig.1 (a) distribisyon mòd kalkile ak (b) imaj seksyon gid ond LN nan.

Fig.2 (a) Gid vag ak estrikti elektwòd ak (b) plak nwayo modilatè LN nan

Konparezon modilatè niobat ityòm fim mens ak modilatè komèsyal niobat ityòm tradisyonèl yo, modilatè ki baze sou Silisyòm ak modilatè fosfid Endyòm (InP) ak lòt modilatè elektwo-optik gwo vitès ki deja egziste, paramèt prensipal konparezon an gen ladan yo:
(1) Pwodui demi-onn volt-longè (vπ ·L, V·cm), ki mezire efikasite modilasyon modilatè a, pi piti valè a, se pi wo efikasite modilasyon an;
(2) Pleasant modilasyon 3 dB (GHz), ki mezire repons modilatè a a modilasyon wo frekans;
(3) Pèt ensèsyon optik (dB) nan rejyon modilasyon an. Nou ka wè nan tablo a ke modilatè fim mens niobat ityòm lan gen avantaj evidan nan bandwidth modilasyon, vòltaj demi-onn, pèt entèpolasyon optik ak sou sa.

Silisyòm, kòm poto mitan optoelektwonik entegre a, te devlope jiskaprezan, pwosesis la matirite, miniaturizasyon li fezab pou entegrasyon sou gwo echèl aparèy aktif/pasif yo, epi modilatè li a te lajman ak pwofondman etidye nan domèn kominikasyon optik. Mekanis modilasyon elektwo-optik Silisyòm lan se sitou deplesyon transpòtè, enjeksyon transpòtè ak akimilasyon transpòtè. Pami yo, Pleasant modilatè a optimal ak mekanis deplesyon transpòtè degre lineyè a, men paske distribisyon chan optik la sipèpoze ak non-inifòmite rejyon deplesyon an, efè sa a pral entwodui tèm deformation dezyèm lòd non lineyè ak disformation entèmodilasyon twazyèm lòd, makonnen ak efè absòpsyon transpòtè a sou limyè a, ki pral mennen nan rediksyon anplitid modilasyon optik la ak disformation siyal la.

Modilatè InP a gen efè elektwo-optik eksepsyonèl, epi estrikti pi kwantik milti-kouch la ka reyalize modilatè ki gen yon vitès ultra wo ak yon vòltaj kondwi ki ba ak Vπ·L jiska 0.156V · mm. Sepandan, varyasyon endis refraksyon an ak chan elektrik la gen ladan tèm lineyè ak non lineyè, epi ogmantasyon entansite chan elektrik la pral fè efè dezyèm lòd la vin pi enpòtan. Se poutèt sa, modilatè elektwo-optik Silisyòm ak InP yo bezwen aplike yon polarizasyon pou fòme yon jonksyon pn lè y ap travay, epi jonksyon pn an pral pote pèt absòpsyon nan limyè. Sepandan, gwosè modilatè de sa yo piti, gwosè modilatè InP komèsyal la se 1/4 nan modilatè LN lan. Efikasite modilasyon ki wo, apwopriye pou rezo transmisyon optik dijital ki gen gwo dansite ak kout distans tankou sant done. Efè elektwo-optik niobat ityòm lan pa gen okenn mekanis absòpsyon limyè epi li gen yon pèt ki ba, ki apwopriye pou koyeran long distans.kominikasyon optikak gwo kapasite ak gwo vitès. Nan aplikasyon foton mikwo ond lan, koyefisyan elektwo-optik Si ak InP yo pa lineyè, sa ki pa apwopriye pou sistèm foton mikwo ond lan ki pouswiv gwo lineyète ak gwo dinamik. Materyèl niobat ityòm lan trè apwopriye pou aplikasyon foton mikwo ond akòz koyefisyan modilasyon elektwo-optik konplètman lineyè li a.