Ny tombony sy ny maha-zava-dehibe ny lithium niobate sarimihetsika manify amin'ny teknolojian'ny foton'ny microwave
Microwave photon teknolojiadia manana tombony amin'ny bandwidth miasa lehibe, ny fahaiza-manaon'ny parallèle matanjaka ary ny fahaverezan'ny fifindran'ny ambany, izay manana ny mety handrava ny bottleneck ara-teknika amin'ny rafitra mikraoba nentim-paharazana ary manatsara ny fahombiazan'ny fitaovana elektronika ara-tafika toy ny radara, ady elektronika, fifandraisana sy fandrefesana ary mifehy. Na izany aza, ny rafitra mikraoba photon mifototra amin'ny fitaovana discrete dia manana olana sasany toy ny boky lehibe, lanja mavesatra sy ny mahantra fahamarinan-toerana, izay tena mametra ny fampiharana ny microwave foton teknolojia amin'ny habakabaka sy an'habakabaka sehatra. Noho izany, Integrated microwave foton teknolojia dia lasa fanohanana manan-danja mba handrava ny fampiharana ny microwave photon amin'ny miaramila elektronika rafitra vaovao ary manome lalao feno ny tombony ny microwave foton teknolojia.
Amin'izao fotoana izao, ny teknolojia fampidirana photonic mifototra amin'ny SI sy ny teknolojia fampidirana photonic mifototra amin'ny INP dia nanjary matotra kokoa taorian'ny taona maro nivoahan'ny fampandrosoana eo amin'ny sehatry ny fifandraisana optika, ary vokatra be dia be no napetraka teo an-tsena. Na izany aza, ho an'ny fampiharana ny mikraoba photon, misy olana sasany amin'ireo karazana roa ny foton fampidirana teknolojia: ohatra, ny nonlinear electro-optical coefficient ny Si modulator sy InP modulator dia mifanohitra amin'ny avo linearity sy lehibe dynamic toetra enjehin'ny microwave. teknolojia photon; Ohatra, ny silisiôma optical switch izay mahatsapa Optical lalana mifamadika, na mifototra amin'ny thermal-optical vokany, piezoelectric vokany, na carrier tsindrona fanaparitahana vokany, dia manana olana amin'ny miadana mifamadika hafainganam-pandeha, hery fanjifàna sy ny hafanana fanjifàna, izay tsy mahafeno ny fifadian-kanina. fametahana taratra sy fampandehanana foton microwave mivohitra lehibe.
Lithium niobate foana no safidy voalohany ho an'ny hafainganam-pandeha ambonyelectro-optic modulationfitaovana noho ny tena tsara linear electro-optic vokany. Na izany aza, ny nentim-paharazana lithium niobateelectro-optical modulatordia vita amin'ny fitaovana kristaly lithium niobate goavambe, ary ny haben'ny fitaovana dia tena lehibe, izay tsy mahafeno ny filan'ny teknolojia foton'ny microwave. Ny fomba fampifandraisana ireo akora lithium niobate miaraka amin'ny coefficient electro-optical linear ao amin'ny rafitra teknolojia foton'ny microwave dia lasa tanjon'ny mpikaroka mifandraika. Tamin'ny taona 2018, ekipa mpikaroka avy ao amin'ny Oniversiten'i Harvard any Etazonia no nitatitra voalohany ny teknolojia fampidirana photonic mifototra amin'ny film manify lithium niobate ao amin'ny Nature, satria ny teknolojia dia manana tombony amin'ny fampidirana avo, ny bandwidth modulation electro-optical lehibe, ary ny linearity avo amin'ny electro -Optical vokany, indray mandeha natomboka, dia niteraka avy hatrany ny akademika sy ny indostria saina eo amin'ny sehatry ny photonic fampidirana sy ny microwave photonics. Avy amin'ny fomba fijerin'ny fampiharana photon microwave, ity lahatsoratra ity dia mandinika ny fiantraikany sy ny maha-zava-dehibe ny teknolojia fampidirana photon mifototra amin'ny lithium niobate sarimihetsika manify amin'ny fampivoarana ny teknolojian'ny photon microwave.
Film manify lithium niobate akora sy sarimihetsika manifyLithium niobate modulator
Tao anatin'ny roa taona lasa izay, nisy karazana akora lithium niobate vaovao nipoitra, izany hoe, ny sarimihetsika lithium niobate dia esorina avy amin'ny kristaly lithium niobate goavambe amin'ny alàlan'ny fomba "fanilihana ion" ary mifamatotra amin'ny wafer Si miaraka amin'ny sosona silica buffer mba endrika LNOI (LiNbO3-On-Insulator) fitaovana [5], izay antsoina hoe film manify lithium niobate akora amin'ity taratasy ity. Ridge waveguides amin'ny haavon'ny mihoatra ny 100 nanometers dia azo etched amin'ny manify film lithium niobate akora amin'ny optimized maina etching dingana, ary ny mahomby refractive fanondroana fanondroana ny waveguides niforona dia mety hahatratra mihoatra ny 0.8 (lavitra lavitra noho ny refractive fanondroana fahasamihafan'ny nentim-paharazana. Lithium niobate waveguides amin'ny 0.02), araka ny aseho ao amin'ny sary 1. Ny onjam-peo voafefy mafy dia manamora ny fampifanarahana ny saha hazavana amin'ny sehatry ny microwave rehefa mamolavola ny modulator. Noho izany dia mahasoa ny manatratra ny onjam-pandrefesana ambany kokoa sy ny bandwidth modulation lehibe kokoa amin'ny halavany fohy kokoa.
Ny fisehon'ny fatiantoka ambany lithium niobate submicron waveguide dia manapaka ny bottleneck amin'ny voltase mitondra fiara avo amin'ny lithium niobate electro-optic modulator. Ny elanelan'ny electrode dia azo ahena amin'ny ~ 5 μm, ary ny fifandimbiasan'ny saha elektrika sy ny sehatry ny fomba optika dia mitombo be, ary ny vπ · L dia mihena avy amin'ny 20 V · cm ho latsaky ny 2.8 V · cm. Noho izany, eo ambanin'ny antsasaky ny onjam-onja malefaka, ny halavan'ny fitaovana dia azo ahena be raha oharina amin'ny modulator nentim-paharazana. Mandritra izany fotoana izany, aorian'ny fanatsarana ny mari-pamantarana amin'ny sakany, ny hateviny ary ny elanelan'ny electrode onjam-pandehanana, araka ny aseho amin'ny sary, ny modulator dia afaka manana ny fahafahan'ny bandwidth modulation ultra-high mihoatra ny 100 GHz.
Fig.1 （a） fizarana fomba kajy sy （b） sarin'ny fizaran'ny LN waveguide
Fig.2 （a） Waveguide sy rafitra electrode ary （b） coreplate an'ny LN modulator
Ny fampitahana ny sarimihetsika manify lithium niobate modulators amin'ny nentim-paharazana lithium niobate modulators ara-barotra, silisiôma mifototra modulators sy indium phosphide (InP) modulators sy ny hafa hafainganam-pandeha avo electro-optical modulators, ny tena masontsivana ny fampitahana dia ahitana:
(1) Vokatra avo lenta amin'ny onjam-pandrefesana (vπ ·L, V · cm), mandrefy ny fahombiazan'ny modulation ny modulator, ny kely kokoa ny sandany, ny avo kokoa ny fahombiazan'ny modulation;
(2) 3 dB modulation bandwidth (GHz), izay mandrefy ny valin'ny modulator amin'ny modulation avo lenta;
(3) Optical insertion very (dB) ao amin'ny faritra modulation. Hita avy amin'ny latabatra fa ny sarimihetsika manify lithium niobate modulator dia manana tombony miharihary amin'ny bandwidth modulation, onjam-pandrefesana antsasak'adiny, fahaverezan'ny interpolation optika sy ny sisa.
Silicon, toy ny vato fehizoron'ny Integrated optoelectronics, dia novolavolaina hatramin'izao, ny dingana dia matotra, ny miniaturization dia mahasoa ny midadasika fampidirana ny mavitrika / passive fitaovana, ary ny modulator dia efa be sy lalina nianatra eo amin'ny sehatry ny Optical. fifandraisana. Ny mekanika modulation electro-optical amin'ny silisiôma dia ny fihenan'ny tondra-drano, ny tsindrona ary ny fanangonam-bokatra. Anisan'izany, ny bandwidth an'ny modulator dia tsara indrindra amin'ny mekanika fihenan'ny tsipika, fa satria ny fizarana sehatra optika dia mifanipaka amin'ny tsy fitoviana amin'ny faritra mihena, ity vokatra ity dia hampiditra fanodinkodinana tsy mitongilana faharoa sy fanodikodinana intermodulation fahatelo. teny, miaraka amin'ny fiantraikany absorption ny mpitatitra eo amin'ny hazavana, izay hitarika ho amin'ny fampihenana ny Optical modulation amplitude sy ny famantarana fanodinkodinana.
Ny modulator InP dia manana fiantraikany electro-optical miavaka, ary ny firafitry ny quantum well-layer dia afaka mahatsapa ny tahan'ny haingam-pandeha sy ny modulators malefaka ambany miaraka amin'ny Vπ·L hatramin'ny 0.156V · mm. Na izany aza, ny fiovaovan'ny mari-pamantarana refractive miaraka amin'ny saha elektrika dia ahitana teny tsipika sy tsy mitongilana, ary ny fitomboan'ny herin'ny herinaratra dia hahatonga ny vokatra faharoa misongadina. Noho izany, ny silisiôma sy InP electro-optic modulators dia mila mampihatra fitongilanana amin'ny fananganana pn junction rehefa miasa izy ireo, ary ny pn junction dia hitondra ny fahaverezan'ny absorption amin'ny hazavana. Na izany aza, kely ny haben'ny modulator amin'ireo roa ireo, ny haben'ny modulator InP ara-barotra dia 1/4 amin'ny modulator LN. Ny fahombiazan'ny modulation avo lenta, mety amin'ny tambajotra fifindran'ny optika nomerika avo lenta sy lavitra toy ny foibe data. Ny fiantraikan'ny electro-optical an'ny lithium niobate dia tsy misy mekanika mitroka hazavana sy fatiantoka ambany, izay mety amin'ny fifandanjana lavitra.fifandraisana optikamiaraka amin'ny fahafaha-manao lehibe sy avo lenta. Ao amin'ny fampiharana mikraoba photon, ny electro-optical coefficients ny Si sy InP dia nonlinear, izay tsy mety amin'ny microwave foton rafitra izay manenjika linearity avo sy lehibe dynamics. Ny fitaovana lithium niobate dia tena mety amin'ny fampiharana photon mikraoba noho ny coefficient modulation electro-optic tanteraka.
Fotoana fandefasana: Apr-22-2024