Awọn anfani ati pataki ti fiimu tinrin litiumu niobate ninu imọ-ẹrọ fotonu makirowefu
Microwave photon ọna ẹrọni awọn anfani ti bandiwidi iṣẹ nla, agbara iṣelọpọ afiwera ti o lagbara ati pipadanu gbigbe kekere, eyiti o ni agbara lati fọ igo imọ-ẹrọ ti eto makirowefu ibile ati mu iṣẹ ṣiṣe ti awọn ohun elo alaye itanna ologun gẹgẹbi radar, ogun itanna, ibaraẹnisọrọ ati wiwọn ati iṣakoso. Bibẹẹkọ, eto photon makirowefu ti o da lori awọn ẹrọ ọtọtọ ni diẹ ninu awọn iṣoro bii iwọn didun nla, iwuwo iwuwo ati iduroṣinṣin ti ko dara, eyiti o ni ihamọ ohun elo ti imọ-ẹrọ photon makirowefu ni aaye ati awọn iru ẹrọ afẹfẹ. Nitorinaa, imọ-ẹrọ fotonu makirowefu ti irẹpọ n di atilẹyin pataki lati fọ ohun elo ti fotonu makirowefu ni eto alaye itanna ologun ati fun ere ni kikun si awọn anfani ti imọ-ẹrọ fotonu makirowefu.
Ni bayi, imọ-ẹrọ isọdọkan photonic ti o da lori SI ati imọ-ẹrọ isọdọkan photonic ti o da lori INP ti di pupọ ati siwaju sii lẹhin awọn ọdun ti idagbasoke ni aaye ti ibaraẹnisọrọ opiti, ati pe ọpọlọpọ awọn ọja ti wa ni ọja. Bibẹẹkọ, fun ohun elo photon makirowefu, awọn iṣoro diẹ wa ninu awọn iru meji ti awọn imọ-ẹrọ isọpọ fọto: fun apẹẹrẹ, olusọdipúpọ elekitiro-opitika alaiṣe ti Si modulator ati modulator InP jẹ ilodi si laini giga ati awọn abuda agbara nla ti o lepa nipasẹ imọ-ẹrọ fotonu makirowefu; Fun apẹẹrẹ, iyipada opiti ohun alumọni ti o mọ iyipada ọna opopona, boya da lori ipa opiti gbona, ipa piezoelectric, tabi ipa pipinka abẹrẹ ti ngbe, ni awọn iṣoro ti iyara yiyi lọra, agbara agbara ati agbara ooru, eyiti ko le pade ibojuwo tan ina iyara ati iwọn titobi titobi titobi awọn ohun elo fotonu makirowefu.
Lithium niobate nigbagbogbo jẹ yiyan akọkọ fun iyara gigaelekitiro-opitiki awoseawọn ohun elo nitori ipa elekitiro-opiti laini ti o dara julọ. Sibẹsibẹ, awọn ibile litiumu niobateelekitiro-opitika modulatorjẹ ohun elo litiumu niobate gara, ati iwọn ẹrọ naa tobi pupọ, eyiti ko le ba awọn iwulo ti imọ-ẹrọ fotonu makirowefu ṣepọ. Bii o ṣe le ṣepọ awọn ohun elo lithium niobate pẹlu elekitiro-opitika onisọdipupọ laini sinu eto imọ-ẹrọ photon makirowefu ti irẹpọ ti di ibi-afẹde ti awọn oniwadi ti o yẹ. Ni ọdun 2018, ẹgbẹ iwadii kan lati Ile-ẹkọ giga Harvard ni Ilu Amẹrika akọkọ royin imọ-ẹrọ isọdọkan photonic ti o da lori fiimu tinrin litiumu niobate ni Iseda, nitori imọ-ẹrọ naa ni awọn anfani ti isọpọ giga, bandiwidi iwọn elekitiro-opitika nla, ati laini giga ti ipa-opitika-opitika, ni kete ti ifilọlẹ, lẹsẹkẹsẹ fa ẹkọ ati akiyesi ile-iṣẹ ni aaye isọpọ photonic ati makirowefu photonic. Lati irisi ohun elo fotonu makirowefu, iwe yii ṣe atunwo ipa ati pataki ti imọ-ẹrọ iṣọpọ photon ti o da lori fiimu tinrin litiumu niobate lori idagbasoke ti imọ-ẹrọ photon makirowefu.
Fiimu tinrin litiumu niobate ohun elo ati fiimu tinrinlitiumu niobate modulator
Ni ọdun meji to šẹšẹ, iru ohun elo lithium niobate tuntun ti farahan, eyini ni, fiimu lithium niobate ti yọ kuro lati inu okuta nla lithium niobate crystal nipasẹ ọna ti "iyan ion" ati ti o ni asopọ si Si wafer pẹlu kan silica buffer Layer lati ṣe LNOI (LiNbO3-On-Insulator, ti a npe ni ohun elo ti o jẹ tinrin) lithium ni obate. Ridge waveguides pẹlu kan iga ti diẹ ẹ sii ju 100 nanometers le wa ni etched lori tinrin fiimu litiumu niobate awọn ohun elo nipa iṣapeye gbẹ etching ilana, ati awọn munadoko refractive atọka iyato ti awọn waveguides akoso le de ọdọ diẹ ẹ sii ju 0.8 (jina ti o ga ju awọn refractive atọka iyato ti ibile litiumu niobate waveguides ti 0.02) o rọrun lati fi han ni fifẹ 0.02 . baramu aaye ina pẹlu aaye makirowefu nigba ti n ṣe apẹrẹ alayipada naa. Nitorinaa, o jẹ anfani lati ṣaṣeyọri foliteji idaji-igbi kekere ati bandiwidi modulation nla ni gigun kukuru.
Hihan ti kekere pipadanu litiumu niobate submicron waveguide fi opin si bottleneck ti ga awakọ foliteji ti ibile litiumu niobate elekitiro-opitiki modulator. Aye elekiturodu le dinku si ~ 5 μm, ati agbekọja laarin aaye ina ati aaye ipo opitika pọ si pupọ, ati vπ · L dinku lati diẹ sii ju 20 V · cm si kere ju 2.8 V · cm. Nitorinaa, labẹ foliteji idaji-igbi kanna, ipari ẹrọ naa le dinku pupọ ni akawe pẹlu oluyipada ibile. Ni akoko kanna, lẹhin iṣapeye awọn aye ti iwọn, sisanra ati aarin ti elekiturodu igbi irin-ajo, bi o ti han ninu eeya, modulator le ni agbara ti iwọn bandiwidi iwọn-giga giga ju 100 GHz lọ.
Fig.1 (a) pinpin ipo iṣiro ati (b) aworan ti apakan-agbelebu ti LN waveguide
Fig.2 (a) Waveguide ati elekiturodu be ati (b) coreplate ti LN modulator
Ifiwera ti awọn oluyipada litiumu niobate fiimu tinrin pẹlu awọn adaṣe iṣowo litiumu niobate ti aṣa, awọn oluyipada ti o da lori silikoni ati awọn oluyipada indium phosphide (InP) ati awọn oluyipada iyara-iyara elekitiro-opitika miiran ti o wa tẹlẹ, awọn aye akọkọ ti lafiwe pẹlu:
(1) Ọja gigun-idaji-igbi volt (vπ · L, V · cm), wiwọn iṣiṣẹ iṣatunṣe ti modulator, iye ti o kere si, ti o ga julọ imudara awose;
(2) 3 dB modulation bandiwidi (GHz), eyi ti o ṣe iwọn esi ti modulator si iwọn-igbohunsafẹfẹ giga;
(3) Pipadanu ifibọ opitika (dB) ni agbegbe awose. O le rii lati ori tabili pe modulator litiumu niobate fiimu tinrin ni awọn anfani ti o han gbangba ni bandiwidi awose, foliteji idaji-igbi, pipadanu interpolation opiti ati bẹbẹ lọ.
Ohun alumọni, gẹgẹ bi okuta igun-ile ti awọn optoelectronics ti a ṣepọ, ti ni idagbasoke titi di isisiyi, ilana naa ti dagba, miniaturization rẹ jẹ iwunilori si isọdọkan titobi nla ti awọn ohun elo ti nṣiṣe lọwọ / palolo, ati pe modulator rẹ ti ni ibigbogbo ati jinlẹ ni aaye ti ibaraẹnisọrọ opiti. Ẹrọ awose elekitiro-opitika ti ohun alumọni jẹ nipataki ti ngbe depling-tion, abẹrẹ ti ngbe ati ikojọpọ ti ngbe. Lara wọn, bandiwidi ti modulator jẹ ti o dara julọ pẹlu ọna gbigbe ti o ni iwọn ila-laini, ṣugbọn nitori pe pinpin aaye opiti n ṣakojọpọ pẹlu aiṣe-iṣọkan ti agbegbe idinku, ipa yii yoo ṣe agbekalẹ ipalọlọ-ipinnu keji ti kii ṣe deede ati awọn ofin idarudapọ intermodulation aṣẹ-kẹta, papọ pẹlu ipa gbigba ti gbigbe ti ngbe lori ina, eyi ti yoo yorisi idinku ifihan agbara.
Modulator InP naa ni awọn ipa elekitiro-opitika to dayato, ati pe ọna ti o dara pupọ-Layer kuatomu le mọ oṣuwọn giga-giga ati awọn modulators foliteji awakọ kekere pẹlu Vπ · L to 0.156V · mm. Bibẹẹkọ, iyatọ ti atọka itọka pẹlu aaye ina mọnamọna pẹlu laini ati awọn ọrọ ti kii ṣe laini, ati ilosoke ti aaye ina mọnamọna yoo jẹ ki ipa aṣẹ-keji jẹ olokiki. Nitorinaa, ohun alumọni ati InP elekitiro-opiti modulators nilo lati lo irẹjẹ lati ṣe agbekalẹ pn ipade nigba ti wọn ṣiṣẹ, ati pe ipade pn yoo mu pipadanu gbigba si ina. Sibẹsibẹ, iwọn modulator ti awọn meji wọnyi kere, iwọn InP modulator ti iṣowo jẹ 1/4 ti modulator LN. Iṣiṣẹ modulation giga, o dara fun iwuwo giga ati ijinna kukuru awọn nẹtiwọọki gbigbe oni nọmba bii awọn ile-iṣẹ data. Ipa elekitiro-opitika ti litiumu niobate ko ni ẹrọ gbigba ina ati isonu kekere, eyiti o dara fun isunmọ ijinna pipẹopitika ibaraẹnisọrọpẹlu agbara nla ati oṣuwọn giga. Ninu ohun elo photon makirowefu, awọn onisọditi elekitiro-opitika ti Si ati InP jẹ aiṣedeede, eyiti ko dara fun eto photon makirowefu eyiti o lepa laini giga ati awọn ipadanu nla. Ohun elo litiumu niobate dara pupọ fun ohun elo photon makirowefu nitori alasọdipupo awose elekitiro-opiti laini patapata.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹrin Ọjọ 22-2024