Die Rolle von Lithiumniobat-Dünnschichten in elektrooptischen Modulatoren

Die Rolle von Lithiumniobat-Dünnschichten inelektrooptischer Modulator
Von den Anfängen der Branche bis heute hat sich die Kapazität der Einzelfaserkommunikation millionenfach erhöht, und einige wenige Spitzenforschungsprojekte haben sogar Steigerungen um das Zehnmillionenfache erreicht. Lithiumniobat spielte dabei eine entscheidende Rolle. In den Anfängen der optischen Faserkommunikation wurde die Modulation des optischen Signals direkt auf der Faser eingestellt.LaserDiese Modulationsart ist für Anwendungen mit geringer Bandbreite oder kurzen Entfernungen geeignet. Für Hochgeschwindigkeitsmodulation und Anwendungen über große Entfernungen ist die Bandbreite jedoch unzureichend und der Übertragungskanal zu teuer.
In der Glasfaserkommunikation wird die Signalmodulation immer schneller, um der steigenden Kommunikationskapazität gerecht zu werden. Dadurch differenzieren sich die optischen Signalmodulationsverfahren. Für Kurzstreckennetze und Fernstreckennetze werden unterschiedliche Modulationsverfahren eingesetzt. In Kurzstreckennetzen kommt die kostengünstige Direktmodulation zum Einsatz, während in Fernstreckennetzen ein separater, vom Laser getrennter elektrooptischer Modulator verwendet wird.
Ein elektrooptischer Modulator nutzt die Machzender-Interferenzstruktur zur Signalmodulation. Licht ist eine elektromagnetische Welle, und für eine stabile Interferenz elektromagnetischer Wellen sind eine stabile Frequenz, Phase und Polarisation erforderlich. Man spricht oft von Interferenzstreifen, die man in helle und dunkle Streifen unterteilt. Helle Streifen kennzeichnen Bereiche mit verstärkter elektromagnetischer Interferenz, dunkle Bereiche mit abgeschwächter Energie. Die Machzender-Interferenz ist ein Interferometer mit spezieller Struktur, bei dem der Interferenzeffekt durch die Phasensteuerung des aufgespaltenen Lichtstrahls beeinflusst wird. Anders ausgedrückt: Das Interferenzergebnis lässt sich durch die Interferenzphase steuern.
Lithiumniobat wird in der Glasfaserkommunikation eingesetzt. Es ermöglicht die Phasensteuerung des Lichts über die Spannung (elektrisches Signal) und somit die Modulation des Lichtsignals. Dies ist der Zusammenhang zwischen elektrooptischem Modulator und Lithiumniobat. Unser Modulator, ein sogenannter elektrooptischer Modulator, berücksichtigt sowohl die Integrität des elektrischen Signals als auch die Modulationsqualität des optischen Signals. Indiumphosphid und Siliziumphotonik weisen eine höhere elektrische Signalübertragungskapazität als Lithiumniobat auf, während die optische Signalübertragungskapazität etwas geringer ist, aber dennoch genutzt werden kann. Dies eröffnet neue Marktchancen.
Neben ihren hervorragenden elektrischen Eigenschaften bieten Indiumphosphid und Siliziumphotonik Vorteile hinsichtlich Miniaturisierung und Integration, die Lithiumniobat nicht aufweist. Indiumphosphid ist kleiner als Lithiumniobat und hat einen höheren Integrationsgrad, während Siliziumphotonik ebenfalls kleiner als Indiumphosphid ist und einen höheren Integrationsgrad aufweist. Der Kopf von Lithiumniobat alsModulatorist doppelt so lang wie Indiumphosphid und kann nur als Modulator dienen und keine anderen Funktionen integrieren.
Aktuell erreicht der elektrooptische Modulator eine Symbolrate von 100 Milliarden (128G entspricht 128 Milliarden). Lithiumniobat ist erneut im Wettbewerb und hofft, in naher Zukunft eine führende Rolle zu übernehmen und den Markt für Modulatoren mit einer Symbolrate von 250 Milliarden zu erobern. Um diesen Markt zurückzuerobern, muss Lithiumniobat die Vorteile von Indiumphosphid und Siliziumphotonen analysieren, die Lithiumniobat nicht bietet: elektrische Leistungsfähigkeit, hohe Integration und Miniaturisierung.
Die Weiterentwicklung von Lithiumniobat lässt sich in drei Aspekte unterteilen: Erstens die Verbesserung der elektrischen Eigenschaften, zweitens die Optimierung der Integration und drittens die Miniaturisierung. Die Lösung dieser drei technischen Herausforderungen erfordert lediglich einen einzigen Schritt: die Herstellung einer dünnen Lithiumniobatschicht. Durch die Verwendung einer sehr dünnen Schicht als optischer Wellenleiter kann die Elektrode neu gestaltet, die elektrische Kapazität, die Bandbreite und die Modulationseffizienz des elektrischen Signals verbessert werden. Die elektrische Leistungsfähigkeit wird somit gesteigert. Diese Schicht kann auch auf einem Siliziumwafer aufgebracht werden, um eine gemischte Integration zu erreichen. Lithiumniobat dient dabei als Modulator, während der Rest des Siliziums photonenintegriert wird. Die Miniaturisierungsmöglichkeiten sind offensichtlich: Die gemischte Integration von Lithiumniobatschicht und Siliziumlicht verbessert die Integration und ermöglicht so die Miniaturisierung.
In naher Zukunft wird der elektrooptische Modulator die Ära der 200-Milliarden-Symbol-Rate erreichen. Die optischen Nachteile von Indiumphosphid und Siliziumphotonen werden immer deutlicher, während die optischen Vorteile von Lithiumniobat zunehmend hervortreten. Lithiumniobat-Dünnschichten verbessern die Nachteile dieses Materials als Modulator, und die Industrie konzentriert sich auf diese „Lithiumniobat-Dünnschichten“.Lithiumniobat-ModulatorDies ist die Rolle von Lithiumniobat-Dünnschichten im Bereich der elektrooptischen Modulatoren.