Höherer integrierter Dünnfilm Lithium Niobatelektrooptischer Modulator

Hohe LinearitätElektrooptischer Modulatorund Mikrowellen -Photonanwendung
Mit den zunehmenden Anforderungen von Kommunikationssystemen, um die Übertragungseffizienz von Signalen weiter zu verbessern, verschmelzen Menschen Photonen und Elektronen, um ergänzende Vorteile zu erzielen, und die Mikrowellenphotonik wird geboren. Der elektrooptische Modulator ist erforderlichMikrowellen -photonische Systemeund dieser Schlüsselschritt bestimmt normalerweise die Leistung des gesamten Systems. Da die Umwandlung des Funkfrequenzsignals in die optische Domäne ein analoge Signalprozess ist und gewöhnlich istElektrooptische Modulatorenhaben inhärente Nichtlinearität, es gibt eine schwerwiegende Signalverzerrung im Umwandlungsprozess. Um eine ungefähre lineare Modulation zu erreichen, wird der Betriebspunkt des Modulators normalerweise auf den orthogonalen Vorspannungspunkt fixiert, kann jedoch nicht die Anforderungen der Mikrowellen -Photonenverbindung für die Linearität des Modulators erfüllen. Elektrooptische Modulatoren mit hoher Linearität sind dringend erforderlich.

Die Hochgeschwindigkeits-Brechungsindexmodulation von Siliziummaterialien wird normalerweise durch den FCD-Effekt (freier Trägerplasma Dispersion) erzielt. Sowohl die FCD -Effekt- als auch die PN -Übergangsmodulation sind nichtlinear, wodurch der Siliziummodulator linear weniger linear ist als der Lithium -Niobat -Modulator. Lithium -Niobat -Materialien zeigen ausgezeichnetElektrooptische ModulationEigenschaften aufgrund ihres Pucker -Effekts. Gleichzeitig hat Lithium-Niobat-Material die Vorteile einer großen Bandbreite, guten Modulationseigenschaften, geringem Verlust, einfacher Integration und Kompatibilität mit dem Halbleiterprozess, der Verwendung von Dünnfilm-Lithium-Niobat, um elektrooptische Modulators mit hoher Linearität mit Silizium zu erzielen, aber auch, aber auch, aber auch, aber auch die hohe Linearität zu erreichen. Der elektrooptische Modulator des Dünnfilms Lithium Niobat (LNOI) ist zu einer vielversprechenden Entwicklungsrichtung geworden. Mit der Entwicklung von Dünnfilm-Lithium-Niobat-Materialvorbereitungstechnologie und Wellenleiter-Ätztechnologie ist die hohe Umwandlungseffizienz und eine höhere Integration von Dünnfilm-Lithium-Niobat-Elektro-optischen Modulator zum Bereich der internationalen Akademie und Industrie geworden.

Eigenschaften von Dünnfilm Lithium Niobat
In den Vereinigten Staaten hat die DAP AR die folgende Bewertung von Lithium -Niobat -Materialien vorgenommen: Wenn das Zentrum der elektronischen Revolution nach dem Siliziummaterial benannt ist, das es ermöglicht, wird der Geburtsort der Photonikrevolution wahrscheinlich nach Lithium -Niobat benannt. Dies liegt daran, dass Lithium-Niobat den elektrooptischen Effekt, den akustooptischen Effekt, den piezoelektrischen Effekt, den thermoelektrischen Effekt und der photorefraktive Effekt in einem in einem in einem integrieren, genau wie Siliziummaterialien im Bereich der Optik.

In Bezug auf die optischen Übertragungseigenschaften weist INP-Material aufgrund der Absorption von Licht im häufig verwendeten 1550 nm-Band den größten On-Chip-Übertragungsverlust auf. SiO2 und Siliziumnitrid haben die besten Übertragungseigenschaften, und der Verlust kann den Niveau von ~ 0,01 dB/cm erreichen. Gegenwärtig kann der Wellenleiter des Wellenleiters von Lithium-Niobat-Wellenleiter mit 0,03 dB/cm erreichen, und der Verlust des Lithium-Niobat-Wellenleiters mit Dünnscheiben hat das Potenzial, mit der kontinuierlichen Verbesserung des technologischen Niveaus in Zukunft weiter zu reduzieren. Daher zeigt das Dünnfilm -Lithium -Niobat -Material eine gute Leistung für passive Lichtstrukturen wie Photosyntheseweg, Shunt und Mikrorie.

In Bezug auf die Lichterzeugung hat nur INP die Fähigkeit, Licht direkt auszugeben. Für die Anwendung von Mikrowellenphotonen ist es daher erforderlich, die inP -basierte Lichtquelle auf den auf LNOI -basierten photonischen integrierten Chip durch das Rückladen von Schweißen oder das epitaxiale Wachstum einzuführen. In Bezug auf die Lichtmodulation wurde oben hervorgehoben, dass Dünnfilm-Lithium-Niobat-Material leichter eine größere Modulationsbandbreite, eine niedrigere Halbwellenspannung und einen niedrigeren Übertragungsverlust als INP und SI erreicht. Darüber hinaus ist die hohe Linearität der elektrooptischen Modulation von Dünnfilm-Lithium-Niobatmaterialien für alle Mikrowellen-Photonenanwendungen von wesentlicher Bedeutung.

In Bezug auf das optische Routing macht die elektrooptische Hochgeschwindigkeits-Reaktion von Dünnfilm-Lithium-Niobat-Material den optischen Schalter auf LNOI-Basis in der Lage, optische Routing-Schaltungen mit Hochgeschwindigkeit zu wechseln, und der Stromverbrauch solcher Hochgeschwindigkeitsschalter ist ebenfalls sehr niedrig. Für die typische Anwendung der integrierten Mikrowellen-Photonentechnologie verfügt der optisch gesteuerte Beamforming-Chip mit Hochgeschwindigkeitsumschaltungen, um den Anforderungen des schnellen Strahlscannings zu erfüllen, und die Eigenschaften des ultra-niedrigen Stromverbrauchs sind gut an die strengen Anforderungen des strengen strukturellen Array-Systems angepasst. Obwohl der optische Schalter auf INP-Basis auch den optischen Hochgeschwindigkeitsschalter realisieren kann, führt er großes Rauschen ein, insbesondere wenn der optische Schalter mehrstufig kaskadiert ist, wird der Rauschkoeffizient ernsthaft verschlechtert. Silizium-, SiO2- und Siliziumnitridmaterialien können nur optische Pfade durch den thermooptischen Effekt oder den Trägerdispersionseffekt wechseln, der die Nachteile des hohen Stromverbrauchs und der langsamen Schaltgeschwindigkeit aufweist. Wenn die Arraygröße des Phased -Arrays groß ist, kann es die Anforderungen des Stromverbrauchs nicht erfüllen.

In Bezug auf die optische Verstärkung dieoptischer Halbleiterverstärker (Soa) Basierend auf INP war für den kommerziellen Gebrauch ausgereift, hat jedoch die Nachteile von hohem Rauschkoeffizienten und niedriger Sättigungsausgangsleistung, was für die Anwendung von Mikrowellenphotonen nicht förderlich ist. Der parametrische Amplifikationsprozess von Dünnschicht-Lithium-Niobat-Wellenleiter basierend auf periodischer Aktivierung und Inversion kann eine optische Amplifikation mit hoher Leistung und hohe Leistung auf Chip-Chip erreichen, was die Anforderungen der integrierten Mikrowellen-Photonentechnologie für die optische Verstärkung auf Chip erfüllen kann.

In Bezug auf die Lichterkennung hat der Dünnfilm -Lithium -Niobat eine gute Übertragungseigenschaften für Licht im 1550 -nm -Band. Die Funktion der photoelektrischen Umwandlung kann nicht realisiert werden. Für Mikrowellen -Photonenanwendungen, um den Anforderungen der photoelektrischen Konvertierung auf dem Chip gerecht zu werden. Ingaas- oder GE-Si-Erkennungseinheiten müssen auf LNOI-basierten photonischen integrierten Chips eingeführt werden, indem Schweißen oder Epitaxialwachstum zurückgeladen wird. In Bezug auf die Kopplung mit optischer Faser, da die optische Faser selbst SiO2 -Material ist, hat das Modusfeld von SiO2 -Wellenleiter den höchsten Übereinstimmung mit dem Modusfeld der optischen Faser, und die Kopplung ist am bequemsten. Der Modusfelddurchmesser des stark eingeschränkten Wellenleiters von Dünnfilm -Lithium -Niobat beträgt etwa 1 & mgr; m, was sich vom Modusfeld der optischen Faser ganz unterscheidet. Daher muss die ordnungsgemäße Modus -Spot -Transformation durchgeführt werden, um dem Modusfeld der optischen Faser zu entsprechen.

In Bezug auf die Integration hängt die Frage, ob verschiedene Materialien ein hohes Integrationspotential aufweisen, hauptsächlich vom Biegeradius des Wellenleiters ab (beeinflusst durch die Einschränkung des Feldes des Wellenleitermodus). Der stark eingeschränkte Wellenleiter ermöglicht einen kleineren Biegeradius, der für die Realisierung einer hohen Integration förderlicher ist. Daher haben Dünnschicht-Lithium-Niobat-Wellenleiter das Potenzial, eine hohe Integration zu erreichen. Daher ermöglicht das Erscheinen von Dünnfilm Lithium Niobat es Lithium -Niobat -Material, die Rolle des optischen „Siliziums“ wirklich zu spielen. Für die Anwendung von Mikrowellenphotonen sind die Vorteile von Dünnfilm -Lithium -Niobat offensichtlicher.