Tombontsoa sy lanjan'ny lithium niobate sarimihetsika manify amin'ny teknolojia photon microwave mitambatra
Teknolojian'ny fotona amin'ny onjam-peoManana tombony amin'ny bandwidth miasa lehibe, fahaiza-manao fanodinana mifanitsy matanjaka ary fatiantoka fandefasana ambany, izay mety handrava ny sakana ara-teknika amin'ny rafitra microwave nentim-paharazana ary hanatsara ny fahombiazan'ny fitaovana fampahalalana elektronika miaramila toy ny radar, ady elektronika, fifandraisana ary fandrefesana sy fanaraha-maso. Na izany aza, ny rafitra photon microwave mifototra amin'ny fitaovana misaraka dia manana olana sasany toy ny habetsahana be, lanja mavesatra ary tsy fahamarinan-toerana, izay mametra mafy ny fampiharana ny teknolojia photon microwave amin'ny sehatra eny amin'ny habakabaka sy eny amin'ny rivotra. Noho izany, ny teknolojia photon microwave mitambatra dia lasa fanohanana manan-danja handrava ny fampiharana ny photon microwave amin'ny rafitra fampahalalana elektronika miaramila ary hanome lanja feno ny tombony azo avy amin'ny teknolojia photon microwave.
Amin'izao fotoana izao, rehefa avy nivoatra nandritra ny taona maro teo amin'ny sehatry ny fifandraisana optika ny teknolojia fampidirana fotonika mifototra amin'ny SI sy ny teknolojia fampidirana fotonika mifototra amin'ny INP, dia niha-matotra kokoa ny teknolojia fampidirana fotonika mifototra amin'ny INP, ary maro ny vokatra efa napetraka eny an-tsena. Na izany aza, ho an'ny fampiharana ny photon microwave, misy olana sasany amin'ireo karazana teknolojia fampidirana fotonika roa ireo: ohatra, ny coefficient electro-optical tsy linear an'ny Si modulator sy ny InP modulator dia mifanohitra amin'ny linearity avo lenta sy ny toetra dinamika lehibe arahin'ny teknolojia photon microwave; Ohatra, ny switch optical silicon izay manatanteraka ny switching optical path, na mifototra amin'ny vokatra thermal-optical, piezoelectric effect, na carrier injection dispersion effect, dia manana olana amin'ny hafainganam-pandeha miovaova, ny fanjifana herinaratra ary ny fanjifana hafanana, izay tsy mahafeno ny fampiharana ny scan beam haingana sy ny photon microwave amin'ny ambaratonga lehibe.
Ny Lithium niobate no safidy voalohany foana ho an'ny hafainganam-pandeha ambony.modulation elektro-optikafitaovana noho ny fiantraikany elektro-optikina linear tsara dia tsara. Na izany aza, ny lithium niobate nentim-paharazanamodulator elektro-optikaVita amin'ny kristaly lithium niobate goavana ny fitaovana, ary lehibe dia lehibe ny haben'ny fitaovana, izay tsy mahafeno ny filan'ny teknolojia photon microwave mitambatra. Ny fomba fampidirana ireo fitaovana lithium niobate miaraka amin'ny coefficient electro-optical linear ao amin'ny rafitra teknolojia photon microwave mitambatra dia lasa tanjon'ireo mpikaroka mifandraika amin'izany. Tamin'ny taona 2018, ekipa mpikaroka avy amin'ny Oniversiten'i Harvard any Etazonia no nitatitra voalohany ny teknolojia fampidirana photonic mifototra amin'ny lithium niobate sarimihetsika manify ao amin'ny Nature, satria ny teknolojia dia manana tombony amin'ny fampidirana avo lenta, bandwidth modulation electro-optical lehibe, ary linearity avo lenta amin'ny fiantraikany electro-optical, rehefa natomboka, dia nahatonga avy hatrany ny sain'ny akademika sy indostrialy eo amin'ny sehatry ny fampidirana photonic sy ny photonics microwave. Avy amin'ny fomba fijery 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 fivoaran'ny teknolojia photon microwave.
Akora lithium niobate manify sy sarimihetsika manifymodulator lithium niobate
Tao anatin'ny roa taona farany, nisy karazana fitaovana lithium niobate vaovao nipoitra, izany hoe, ny sarimihetsika lithium niobate dia esorina amin'ny kristaly lithium niobate goavana amin'ny alàlan'ny fomba "ionic slicing" ary afatotra amin'ny wafer Si miaraka amin'ny sosona silica buffer mba hamorona fitaovana LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], izay antsoina hoe fitaovana lithium niobate sarimihetsika manify ato amin'ity lahatsoratra ity. Ny ridge waveguides mihoatra ny 100 nanometers dia azo soratana amin'ny fitaovana lithium niobate sarimihetsika manify amin'ny alàlan'ny dingana fanadiovana maina nohatsaraina, ary ny fahasamihafan'ny refractive index mahomby amin'ny waveguides miforona dia mety hahatratra mihoatra ny 0.8 (avo lavitra noho ny fahasamihafan'ny refractive index amin'ny waveguides lithium niobate nentim-paharazana 0.02), araka ny aseho amin'ny Sary 1. Ny waveguides voafetra mafy dia manamora ny fampifanarahana ny sehatry ny hazavana amin'ny sehatry ny microwave rehefa mamolavola ny modulator. Noho izany, dia mahasoa ny mahazo voltase antsasaky ny onja ambany kokoa sy bandwidth modulation lehibe kokoa amin'ny halavany fohy kokoa.
Ny fisehoan'ny waveguide lithium niobate submicron ambany fatiantoka dia mamaky ny sakana amin'ny voltazy avo lenta amin'ny modulator electro-optic lithium niobate nentim-paharazana. Azo ahena ho ~ 5 μm ny elanelan'ny elektroda, ary mitombo be ny fifandimbiasan'ny saha elektrika sy ny saha mode optika, ary mihena ny vπ ·L avy amin'ny mihoatra ny 20 V·cm ka hatramin'ny latsaky ny 2.8 V·cm. Noho izany, eo ambanin'ny voltazy antsasaky ny onja mitovy, dia azo ahena be ny halavan'ny fitaovana raha oharina amin'ny modulator nentim-paharazana. Mandritra izany fotoana izany, rehefa avy nanatsara ny masontsivana amin'ny sakany, ny hateviny ary ny elanelan'ny elektroda onja mandeha, araka ny aseho amin'ny sary, dia afaka manana ny fahafahana manao bandwidth modulation avo lenta mihoatra ny 100 GHz ny modulator.
Sary 1 (a) fizarana fomba kajy sy (b) sarin'ny fizarana miampita ny onja LN
Sary 2 (a) Ny rafitry ny onjampeo sy ny elektrôda ary ny (b) takelaka fototra amin'ny LN modulator
Ny fampitahana ny modulator lithium niobate sarimihetsika manify amin'ny modulator lithium niobate ara-barotra nentim-paharazana, modulator mifototra amin'ny silikônina ary modulator indium phosphide (InP) ary modulator elektro-optika haingam-pandeha hafa efa misy, ny masontsivana lehibe amin'ny fampitahana dia ahitana:
(1) Vokatra antsasaky ny onja volta (vπ ·L, V·cm), mandrefy ny fahombiazan'ny modulator, arakaraka ny maha kely ny sandany no maha avo ny fahombiazan'ny modulation;
(2) 3 dB bandwidth modulation (GHz), izay mandrefy ny fihetsiky ny modulator amin'ny modulation avo lenta;
(3) Fahaverezan'ny fampidirana optika (dB) ao amin'ny faritra modulation. Hita avy amin'ny tabilao fa ny modulator lithium niobate sarimihetsika manify dia manana tombony miharihary amin'ny bandwidth modulation, voltase antsasaky ny onja, fatiantoka interpolation optika sy ny sisa.
Ny silisiôma, izay vato fehizoron'ny optoelektronika mitambatra, dia efa novolavolaina hatreto, matotra ny dingana, ny fanitaran-javatra azy dia mifanaraka amin'ny fampidirana fitaovana mavitrika/tsy mavitrika amin'ny ambaratonga lehibe, ary ny modulator azy dia efa nodinihina lalina sy betsaka teo amin'ny sehatry ny fifandraisana optika. Ny mekanisma modulation elektro-optika an'ny silisiôma dia indrindra ny fampihenana ny mpitondra, ny fampidirana mpitondra ary ny fanangonana mpitondra. Anisan'izany, ny bandwidth an'ny modulator dia tsara indrindra miaraka amin'ny mekanisma fampihenana mpitondra ambaratonga linear, saingy satria mifanindry amin'ny tsy fitoviana amin'ny faritra fihenan ny fizarana sehatra optika, ity vokatra ity dia hampiditra teny tsy linear amin'ny distortion faharoa sy fahatelo amin'ny distortion intermodulation, miaraka amin'ny fiantraikan'ny mpitondra amin'ny hazavana, izay hitarika amin'ny fampihenana ny amplitude modulation optika sy ny distortion signal.
Manana fiantraikany elektro-optika miavaka ny modulator InP, ary ny rafitra lavaka kuantum maro sosona dia afaka manatanteraka modulator voltase mitondra hafainganam-pandeha avo lenta sy ambany miaraka amin'ny Vπ·L hatramin'ny 0.156V · mm. Na izany aza, ny fiovaovan'ny fanondroana refractive miaraka amin'ny saha elektrika dia misy teny linear sy tsy linear, ary ny fitomboan'ny hamafin'ny saha elektrika dia hahatonga ny fiantraikany faharoa ho miharihary. Noho izany, ny modulator elektro-optika silikônina sy InP dia mila mampihatra bias mba hamorona fifandraisana pn rehefa miasa izy ireo, ary ny fifandraisana pn dia hitondra fatiantoka absorption amin'ny hazavana. Na izany aza, ny haben'ny modulator an'ireo roa ireo dia kely, ny haben'ny modulator InP ara-barotra dia 1/4 amin'ny modulator LN. Fahombiazana modulation avo lenta, mety amin'ny tambajotra fandefasana optika nomerika avo lenta sy lavitra fohy toy ny foibe data. Ny fiantraikan'ny elektro-optika amin'ny lithium niobate dia tsy manana mekanisma absorption hazavana ary fatiantoka ambany, izay mety amin'ny fifandraisana coherent lavitra.fifandraisana optikamiaraka amin'ny fahafaha-mamokatra lehibe sy tahan'ny avo. Amin'ny fampiharana photon microwave, ny coefficients electro-optical an'ny Si sy InP dia tsy lineary, izay tsy mety amin'ny rafitra photon microwave izay mikatsaka linearity avo sy dinamika lehibe. Ny akora lithium niobate dia tena mety amin'ny fampiharana photon microwave noho ny coefficient modulation electro-optical linear tanteraka.
Fotoana fandefasana: 22 Aprily 2024