Uwiano wa juumodifier ya elektroni-optikina matumizi ya fotoni kwenye microwave
Kwa kuongezeka kwa mahitaji ya mifumo ya mawasiliano, ili kuboresha zaidi ufanisi wa upitishaji wa ishara, watu wataunganisha fotoni na elektroni ili kufikia faida zinazosaidiana, na fotoniki za microwave zitazaliwa. Moduli ya electro-optical inahitajika kwa ubadilishaji wa umeme kuwa mwanga ndanimifumo ya upigaji picha ya microwave, na hatua hii muhimu kwa kawaida huamua utendaji wa mfumo mzima. Kwa kuwa ubadilishaji wa ishara ya masafa ya redio kuwa kikoa cha macho ni mchakato wa ishara ya analogi, na ni wa kawaidavidhibiti vya macho vya kielektronikiZina utofauti wa asili, kuna upotoshaji mkubwa wa ishara katika mchakato wa ubadilishaji. Ili kufikia urekebishaji wa mstari unaokadiriwa, sehemu ya uendeshaji ya modulator kwa kawaida huwekwa kwenye sehemu ya upendeleo wa orthogonal, lakini bado haiwezi kukidhi mahitaji ya kiungo cha fotoni ya microwave kwa ulinganifu wa modulator. Modulator za electro-optic zenye mstari wa juu zinahitajika haraka.
Urekebishaji wa fahirisi ya kuakisi kwa kasi ya juu wa nyenzo za silikoni kwa kawaida hupatikana kwa athari ya utawanyiko wa plasma ya kubeba huru (FCD). Athari ya FCD na urekebishaji wa makutano ya PN si wa mstari, jambo ambalo hufanya kidhibiti cha silikoni kiwe kidogo kuliko kidhibiti cha lithiamu niobate. Nyenzo za lithiamu niobate huonyesha ubora wa hali ya juu.moduli ya elektroni-machosifa kutokana na athari zao za Pucker. Wakati huo huo, nyenzo za lithiamu niobate zina faida za kipimo data kikubwa, sifa nzuri za urekebishaji, hasara ndogo, ujumuishaji rahisi na utangamano na mchakato wa semiconductor, matumizi ya lithiamu niobate ya filamu nyembamba kutengeneza modulator ya elektro-optical yenye utendaji wa hali ya juu, ikilinganishwa na silicon karibu hakuna "sahani fupi", lakini pia kufikia ulinganifu wa hali ya juu. Modulator ya elektro-optic ya filamu nyembamba ya lithiamu niobate (LNOI) kwenye kizio imekuwa mwelekeo mzuri wa maendeleo. Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya utayarishaji wa nyenzo za lithiamu niobate ya filamu nyembamba na teknolojia ya kuchora mwongozo wa mawimbi, ufanisi mkubwa wa ubadilishaji na ujumuishaji wa juu wa modulator ya elektro-optic ya lithiamu niobate ya filamu nyembamba imekuwa uwanja wa taaluma na tasnia ya kimataifa.
Sifa za lithiamu niobate nyembamba ya filamu
Nchini Marekani, mpango wa DAP AR umefanya tathmini ifuatayo ya vifaa vya lithiamu niobate: ikiwa kitovu cha mapinduzi ya kielektroniki kimepewa jina la nyenzo ya silikoni inayowezesha, basi mahali pa kuzaliwa kwa mapinduzi ya fotoniki kuna uwezekano wa kupewa jina la lithiamu niobate. Hii ni kwa sababu lithiamu niobate huunganisha athari ya elektroni-macho, athari ya acousto-macho, athari ya piezoelectric, athari ya thermoelectric na athari ya fotorefractive katika moja, kama vile vifaa vya silikoni katika uwanja wa optiki.
Kwa upande wa sifa za upitishaji wa macho, nyenzo ya InP ina hasara kubwa zaidi ya upitishaji kwenye chipu kutokana na unyonyaji wa mwanga katika bendi ya 1550nm inayotumika sana. SiO2 na nitridi ya silicon zina sifa bora za upitishaji, na hasara inaweza kufikia kiwango cha ~ 0.01dB/cm; Kwa sasa, hasara ya mwongozo wa wimbi ya mwongozo wa wimbi la lithiamu niobate nyembamba-filamu inaweza kufikia kiwango cha 0.03dB/cm, na hasara ya mwongozo wa wimbi la lithiamu niobate nyembamba-filamu ina uwezo wa kupunguzwa zaidi kwa uboreshaji endelevu wa kiwango cha kiteknolojia katika siku zijazo. Kwa hivyo, nyenzo ya lithiamu niobate nyembamba-filamu itaonyesha utendaji mzuri kwa miundo ya mwanga tulivu kama vile njia ya usanisinuru, shunt na microring.
Kwa upande wa uzalishaji wa mwanga, InP pekee ndiyo inayo uwezo wa kutoa mwanga moja kwa moja; Kwa hivyo, kwa matumizi ya fotoni za microwave, ni muhimu kuanzisha chanzo cha mwanga kinachotegemea InP kwenye chipu iliyojumuishwa ya fotoniki inayotegemea LNOI kwa njia ya kulehemu ya kupakia nyuma au ukuaji wa epitaxial. Kwa upande wa moduli ya mwanga, imesisitizwa hapo juu kwamba nyenzo nyembamba ya lithiamu niobate ni rahisi kufikia kipimo data kikubwa cha moduli, volti ya chini ya nusu-wimbi na upotezaji mdogo wa upitishaji kuliko InP na Si. Zaidi ya hayo, mstari wa juu wa moduli ya elektroni ya nyenzo nyembamba za lithiamu niobate ya filamu ni muhimu kwa matumizi yote ya fotoni ya microwave.
Kwa upande wa uelekezaji wa macho, mwitikio wa kasi ya juu wa umeme-macho wa nyenzo nyembamba ya lithiamu niobate hufanya swichi ya macho inayotegemea LNOI iweze kubadili uelekezaji wa macho kwa kasi ya juu, na matumizi ya nguvu ya ubadilishaji huo wa kasi ya juu pia ni ya chini sana. Kwa matumizi ya kawaida ya teknolojia jumuishi ya fotoni ya microwave, chipu inayodhibitiwa na macho ina uwezo wa kubadili kwa kasi ya juu ili kukidhi mahitaji ya skanning ya haraka ya boriti, na sifa za matumizi ya nguvu ya chini sana zimebadilishwa vizuri kwa mahitaji makali ya mfumo wa safu kubwa ya awamu. Ingawa swichi ya macho inayotegemea InP inaweza pia kutambua ubadilishaji wa njia ya macho ya kasi ya juu, itaanzisha kelele kubwa, haswa wakati swichi ya macho ya ngazi nyingi imepunguzwa, mgawo wa kelele utaharibika sana. Nyenzo za Silicon, SiO2 na silicon nitridi zinaweza kubadilisha njia za macho kupitia athari ya joto-macho au athari ya mtawanyiko wa mtoa huduma, ambayo ina hasara za matumizi ya nguvu ya juu na kasi ya polepole ya kubadili. Wakati ukubwa wa safu ya safu iliyopunguzwa ni kubwa, haiwezi kukidhi mahitaji ya matumizi ya nguvu.
Kwa upande wa ukuzaji wa macho,amplifier ya macho ya nusu semiconductor (SOA) kulingana na InP imekuwa imekomaa kwa matumizi ya kibiashara, lakini ina hasara za mgawo wa kelele nyingi na nguvu ya chini ya kutoa umeme, ambayo haifai kwa matumizi ya fotoni za microwave. Mchakato wa ukuzaji wa vigezo vya mwongozo wa wimbi la lithiamu niobate nyembamba kulingana na uanzishaji na ubadilishaji wa mara kwa mara unaweza kufikia kelele ya chini na ukuzaji wa macho wa nguvu ya juu kwenye chipu, ambao unaweza kukidhi mahitaji ya teknolojia jumuishi ya fotoni za microwave kwa ukuzaji wa macho kwenye chipu.
Kwa upande wa ugunduzi wa mwanga, lithiamu niobate nyembamba ya filamu ina sifa nzuri za upitishaji hadi mwanga katika bendi ya 1550 nm. Kazi ya ubadilishaji wa fotoni haiwezi kutekelezwa, kwa hivyo kwa matumizi ya fotoni ya microwave, ili kukidhi mahitaji ya ubadilishaji wa fotoni kwenye chipu. Vitengo vya kugundua vya InGaAs au Ge-Si vinahitaji kuletwa kwenye chipu zilizojumuishwa za fotoniki zinazotegemea LNOI kwa kupakia kulehemu nyuma au ukuaji wa epitaxial. Kwa upande wa kuunganisha na nyuzi za macho, kwa sababu nyuzi za macho zenyewe ni nyenzo za SiO2, uwanja wa modi wa mwongozo wa wimbi wa SiO2 una kiwango cha juu zaidi cha kulinganisha na uwanja wa modi wa nyuzi za macho, na kiunganishi ndicho kinachofaa zaidi. Kipenyo cha uwanja wa modi cha mwongozo wa wimbi uliopunguzwa sana wa lithiamu niobate ya filamu nyembamba ni kama 1μm, ambayo ni tofauti kabisa na uwanja wa modi wa nyuzi za macho, kwa hivyo mabadiliko sahihi ya doa la modi lazima yafanyike ili kufanana na uwanja wa modi wa nyuzi za macho.
Kwa upande wa ujumuishaji, ikiwa vifaa mbalimbali vina uwezo mkubwa wa ujumuishaji inategemea zaidi radius ya kupinda ya wimbi (inayoathiriwa na kikomo cha uwanja wa hali ya wimbi). Wimbi lenye vikwazo vikali huruhusu radius ndogo ya kupinda, ambayo inafaa zaidi kwa utambuzi wa ujumuishaji wa juu. Kwa hivyo, wimbi la lithiamu niobate nyembamba-filamu lina uwezo wa kufikia ujumuishaji wa juu. Kwa hivyo, kuonekana kwa niobate nyembamba ya lithiamu hufanya iwezekane kwa nyenzo za lithiamu niobate kuchukua jukumu la "silicon" ya macho. Kwa matumizi ya fotoni za microwave, faida za niobate nyembamba ya lithiamu niobate ni dhahiri zaidi.
Muda wa chapisho: Aprili-23-2024