Ti o ga ese tinrin fiimu litiumu niobate elekitiro-opitiki modulator

Laini gigaelekitiro-opitiki modulatorati makirowefu Fọto ohun elo
Pẹlu awọn ibeere ti o pọ si ti awọn eto ibaraẹnisọrọ, lati le ni ilọsiwaju ilọsiwaju gbigbe ti awọn ifihan agbara, eniyan yoo dapọ awọn photon ati awọn elekitironi lati ṣaṣeyọri awọn anfani ibaramu, ati pe awọn photonics makirowefu yoo bi. Modulator elekitiro-opitika nilo fun iyipada ina si ina ninumakirowefu photonic awọn ọna šiše, ati igbesẹ bọtini yii nigbagbogbo n pinnu iṣẹ ṣiṣe ti gbogbo eto. Niwọn igba ti iyipada ifihan agbara igbohunsafẹfẹ redio si agbegbe opitika jẹ ilana ifihan afọwọṣe, ati arinrinelekitiro-opitika modulatorsni aiṣedeede atorunwa, ipalọlọ ifihan agbara pataki wa ninu ilana iyipada. Lati le ṣaṣeyọri iṣatunṣe laini isunmọ, aaye iṣẹ ti modulator jẹ igbagbogbo ti o wa titi ni aaye aiṣedeede orthogonal, ṣugbọn ko tun le pade awọn ibeere ti ọna asopọ photon makirowefu fun laini ti modulator. Awọn modulators elekitiro-opiki pẹlu laini giga ni a nilo ni iyara.

Iṣatunṣe itọka itọka iyara giga ti awọn ohun elo ohun alumọni nigbagbogbo ni aṣeyọri nipasẹ ipa pipinka pilasima ọfẹ (FCD). Mejeeji ipa FCD ati modulation junction PN jẹ aiṣedeede, eyiti o jẹ ki modulator silikoni kere si laini ju modulator lithium niobate. Awọn ohun elo litiumu niobate ṣe afihan didara julọelekitiro-opitika awose-ini nitori wọn Pucker ipa. Ni akoko kanna, litiumu niobate ohun elo ni awọn anfani ti bandiwidi nla, awọn abuda iṣatunṣe ti o dara, pipadanu kekere, isọpọ irọrun ati ibamu pẹlu ilana semikondokito, lilo litiumu niobate fiimu tinrin lati ṣe adaṣe elekitiro-opitika giga, ni akawe pẹlu ohun alumọni fere ko si "kukuru awo", sugbon tun lati se aseyori ga linearity. Fiimu tinrin litiumu niobate (LNOI) elekitiro-opiti modulator lori insulator ti di itọsọna idagbasoke ti o ni ileri. Pẹlu idagbasoke ti tinrin fiimu litiumu niobate imọ-ẹrọ igbaradi ohun elo ati imọ-ẹrọ etching waveguide, ṣiṣe iyipada giga ati isọpọ giga ti fiimu tinrin litiumu niobate elekitiro-opitiki modulator ti di aaye ti ile-ẹkọ giga agbaye ati ile-iṣẹ.

Awọn ẹya ara ẹrọ ti tinrin fiimu litiumu niobate
Ni Amẹrika DAP AR igbogun ti ṣe igbelewọn atẹle ti awọn ohun elo litiumu niobate: ti aarin ti Iyika itanna ba ni orukọ lẹhin ohun elo ohun alumọni ti o jẹ ki o ṣee ṣe, lẹhinna ibi-ibi ti Iyika photonics jẹ eyiti o le jẹ orukọ lẹhin litiumu niobate . Eyi jẹ nitori litiumu niobate ṣepọ ipa elekitiro-opitika, ipa acousto-optical, ipa piezoelectric, ipa thermoelectric ati ipa photorefractive ninu ọkan, gẹgẹ bi awọn ohun elo silikoni ni aaye awọn opiti.

Ni awọn ofin ti awọn abuda gbigbe opitika, ohun elo InP ni pipadanu gbigbe lori-chip ti o tobi julọ nitori gbigba ina ni ẹgbẹ 1550nm ti a lo nigbagbogbo. SiO2 ati silicon nitride ni awọn abuda gbigbe ti o dara julọ, ati pipadanu le de ipele ti ~ 0.01dB / cm; Ni lọwọlọwọ, ipadanu waveguide ti tinrin-fiimu litiumu niobate waveguide le de ipele ti 0.03dB/cm, ati isonu ti tinrin-fiimu lithium niobate waveguide ni agbara lati dinku siwaju pẹlu ilọsiwaju ilọsiwaju ti ipele imọ-ẹrọ ninu ojo iwaju. Nitorinaa, ohun elo litiumu niobate fiimu tinrin yoo ṣafihan iṣẹ ṣiṣe to dara fun awọn ẹya ina palolo gẹgẹbi ọna fọtosyntetiki, shunt ati microring.

Ni awọn ofin ti iran ina, InP nikan ni agbara lati tan ina taara; Nitorinaa, fun ohun elo ti awọn fọto makirowefu, o jẹ dandan lati ṣafihan orisun ina ti o da lori InP lori chirún isọpọ ti o da lori LNOI nipasẹ ọna alurinmorin ẹhin tabi idagbasoke epitaxial. Ni awọn ofin ti awose ina, o ti tẹnumọ loke pe ohun elo litiumu niobate tinrin jẹ rọrun lati ṣaṣeyọri bandiwidi awose nla, foliteji idaji-igbi kekere ati pipadanu gbigbe kekere ju InP ati Si. Pẹlupẹlu, ila-giga giga ti itanna-optical modulation ti tinrin fiimu litiumu niobate awọn ohun elo jẹ pataki fun gbogbo awọn ohun elo photon makirowefu.

Ni awọn ofin ti ipa ọna opopona, esi elekitiro-opitika iyara giga ti ohun elo tinrin litiumu niobate fiimu jẹ ki iyipada opiti orisun LNOI ti o lagbara ti yiyi ipa ọna opopona giga, ati agbara agbara ti iru iyipada iyara giga tun jẹ kekere pupọ. Fun ohun elo aṣoju ti imọ-ẹrọ photon makirowefu ti a ṣepọ, chirún beamforming iṣakoso opiti ni agbara ti yiyi iyara giga lati pade awọn iwulo ti ọlọjẹ tan ina iyara, ati awọn abuda ti agbara agbara kekere-kekere ni ibamu daradara si awọn ibeere to muna ti titobi nla. -asekale alakoso orun eto. Botilẹjẹpe iyipada opiti ti o da lori InP tun le rii iyipada ọna opopona iyara giga, yoo ṣafihan ariwo nla, ni pataki nigbati iyipada opiti multilevel ba ti bajẹ, olùsọdipúpọ ariwo yoo bajẹ ni pataki. Ohun alumọni, SiO2 ati awọn ohun elo nitride silikoni le yipada awọn ọna opopona nikan nipasẹ ipa ipa-opitika tabi ipa pipinka ti ngbe, eyiti o ni awọn aila-nfani ti agbara agbara giga ati iyara yiyi lọra. Nigbati iwọn titobi ti titobi alakoso ba tobi, ko le pade awọn ibeere ti lilo agbara.

Ni awọn ofin ti opitika ampilifaya, awọnsemikondokito opitika ampilifaya (SOA) ti o da lori InP ti dagba fun lilo iṣowo, ṣugbọn o ni awọn aila-nfani ti olusọdipúpọ ariwo giga ati agbara iṣelọpọ saturation kekere, eyiti ko ni itara si ohun elo ti awọn photon microwave. Ilana imudara parametric ti tinrin-fiimu litiumu niobate waveguide ti o da lori imuṣiṣẹ igbakọọkan ati inversion le ṣaṣeyọri ariwo kekere ati agbara giga lori-chip opiti ampilifaya, eyiti o le pade daradara awọn ibeere ti imọ-ẹrọ fotonu makirowefu ti a ṣepọ fun imudara opiti on-chip.

Ni awọn ofin wiwa ina, litiumu niobate fiimu tinrin ni awọn abuda gbigbe to dara si imọlẹ ni ẹgbẹ 1550 nm. Iṣẹ ti iyipada photoelectric ko le ṣe imuse, nitorina fun awọn ohun elo photon microwave, lati le pade awọn iwulo ti iyipada fọtoelectric lori ërún. Awọn ẹya InGaAs tabi awọn ẹya wiwa Ge-Si nilo lati ṣafihan lori awọn eerun ifibọ photonic ti o da lori LNOI nipasẹ alurinmorin afẹyinti tabi idagbasoke epitaxial. Ni awọn ofin ti sisọpọ pẹlu okun opiti, nitori okun opiti ara rẹ jẹ ohun elo SiO2, aaye ipo ti SiO2 waveguide ni ipele ti o ga julọ pẹlu aaye ipo ti okun opiti, ati pe asopọ jẹ rọrun julọ. Iwọn aaye aaye ipo ti itọsọna ihamọ ihamọ lile ti fiimu tinrin litiumu niobate jẹ nipa 1μm, eyiti o yatọ pupọ si aaye ipo ti okun opiti, nitorinaa iyipada iranran ipo to dara gbọdọ ṣee ṣe lati baamu aaye ipo ti okun opiti.

Ni awọn ofin ti iṣọpọ, boya awọn ohun elo lọpọlọpọ ni agbara isọpọ giga da lori radius titọ ti itọsọna igbi (ti o ni ipa nipasẹ aropin ti aaye ipo igbi igbi). Itọsọna igbi ti o ni ihamọ ti o lagbara ngbanilaaye redio ti o tẹ kekere, eyiti o jẹ itara diẹ sii si riri isọpọ giga. Nitorinaa, awọn itọsọna igbi litiumu niobate fiimu tinrin ni agbara lati ṣaṣeyọri isọpọ giga. Nitorinaa, hihan fiimu litiumu niobate tinrin jẹ ki o ṣee ṣe fun ohun elo litiumu niobate lati ṣe ipa ti “ohun alumọni” opiti gaan. Fun ohun elo ti awọn photon makirowefu, awọn anfani ti fiimu tinrin litiumu niobate jẹ kedere diẹ sii.