Filamu nyembamba Lithium Niobate Nyenzo na Filamu nyembamba Lithium Niobate Modulator

Manufaa na umuhimu wa filamu nyembamba lithiamu niobate katika teknolojia ya picha ya microwave iliyojumuishwa

Teknolojia ya Microwave Photonina faida za bandwidth kubwa ya kufanya kazi, uwezo mkubwa wa usindikaji sambamba na upotezaji mdogo wa maambukizi, ambayo ina uwezo wa kuvunja kiufundi cha mfumo wa jadi wa microwave na kuboresha utendaji wa vifaa vya habari vya elektroniki kama rada, vita vya elektroniki, mawasiliano na kipimo na udhibiti. Walakini, mfumo wa picha ya microwave kulingana na vifaa vya discrete ina shida kadhaa kama kiasi kikubwa, uzito mzito na utulivu duni, ambao unazuia utumiaji wa teknolojia ya picha ya microwave katika majukwaa ya nafasi na hewa. Kwa hivyo, teknolojia ya upigaji picha ya microwave iliyojumuishwa inakuwa msaada muhimu wa kuvunja utumiaji wa picha ya microwave katika mfumo wa habari wa elektroniki wa kijeshi na kutoa kucheza kamili kwa faida za teknolojia ya microwave Photon.

Kwa sasa, teknolojia ya ujumuishaji wa picha ya msingi wa Si na teknolojia ya ujumuishaji wa picha ya INP imekuwa zaidi ya kukomaa baada ya miaka ya maendeleo katika uwanja wa mawasiliano ya macho, na bidhaa nyingi zimewekwa kwenye soko. Walakini, kwa matumizi ya picha ya microwave, kuna shida kadhaa katika aina hizi mbili za teknolojia za ujumuishaji wa Photon: kwa mfano, mgawo wa umeme usio na usawa wa modulator ya Si na modeli ya INP ni kinyume na usawa wa hali ya juu na tabia kubwa inayofuatwa na teknolojia ya microwave Photon; Kwa mfano, swichi ya macho ya silicon ambayo inatambua kubadili njia ya macho, iwe ni kwa msingi wa athari ya macho, athari ya piezoelectric, au athari ya utawanyiko wa sindano, ina shida za kasi ya kubadili polepole, matumizi ya nguvu na matumizi ya joto, ambayo haiwezi kufikia skanning ya boriti ya haraka na upeo mkubwa wa picha za microwave.

Lithium Niobate daima imekuwa chaguo la kwanza kwa kasi kubwaModuli ya Electro-Opticvifaa kwa sababu ya athari bora ya elektroni-macho. Walakini, niobate ya jadi ya lithiamuModulator ya Electro-Opticalimetengenezwa kwa nyenzo kubwa za glasi ya niobate ya lithiamu, na saizi ya kifaa ni kubwa sana, ambayo haiwezi kukidhi mahitaji ya teknolojia ya picha ya microwave. Jinsi ya kuunganisha vifaa vya lithiamu niobate na mgawo wa elektroni-macho katika mfumo wa teknolojia ya microwave Photon imekuwa lengo la watafiti husika. Mnamo mwaka wa 2018, timu ya utafiti kutoka Chuo Kikuu cha Harvard huko Merika iliripoti kwanza teknolojia ya ujumuishaji wa picha kulingana na filamu nyembamba lithium niobate katika maumbile, kwa sababu teknolojia hiyo ina faida za ujumuishaji wa hali ya juu, bandwidth kubwa ya umeme-ya juu, na usawa wa juu wa athari ya umeme, mara moja ilizinduliwa, mara moja ilisababisha upigaji picha wa kitaalam. Kwa mtazamo wa matumizi ya microwave Photon, karatasi hii inakagua ushawishi na umuhimu wa teknolojia ya ujumuishaji wa Photon kulingana na filamu nyembamba Lithium niobate juu ya maendeleo ya teknolojia ya microwave Photon.

Filamu nyembamba lithium niobate nyenzo na filamu nyembambaLithium niobate modulator
Katika miaka miwili ya hivi karibuni, aina mpya ya nyenzo za lithiamu niobate imeibuka, ambayo ni, filamu ya lithiamu niobate imehamishwa kutoka kwa glasi kubwa ya lithium niobate na njia ya "ion slicing” na kushikamana na si ya silika, silika ya silika. Ridge Waveguides zilizo na urefu wa zaidi ya nanometers 100 zinaweza kuwekwa kwenye vifaa nyembamba vya filamu ya lithiamu na mchakato wa kukausha kavu, na tofauti inayofaa ya index ya waveguides iliyoundwa inaweza kufikia zaidi ya 0.8 (juu zaidi kuliko index ya kuakisi. Sehemu nyepesi na uwanja wa microwave wakati wa kubuni moduli. Kwa hivyo, ni muhimu kufikia voltage ya chini ya wimbi na bandwidth kubwa ya moduli kwa urefu mfupi.

Kuonekana kwa upotezaji wa chini wa lithiamu niobate submicron waveguide huvunja chupa ya voltage ya juu ya kuendesha gari la jadi la lithium niobate electro-optic. Nafasi ya elektroni inaweza kupunguzwa hadi ~ 5 μm, na mwingiliano kati ya uwanja wa umeme na uwanja wa hali ya macho umeongezeka sana, na Vπ · L inapungua kutoka zaidi ya 20 V · cm hadi chini ya 2.8 V · cm. Kwa hivyo, chini ya voltage sawa ya wimbi, urefu wa kifaa unaweza kupunguzwa sana ikilinganishwa na moduli ya jadi. Wakati huo huo, baada ya kuongeza vigezo vya upana, unene na muda wa elektroni ya wimbi la kusafiri, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu, moduli inaweza kuwa na uwezo wa bandwidth ya hali ya juu zaidi kuliko 100 GHz.

Mtini.1 （A） Usambazaji wa modi ya mahesabu na （B） Picha ya sehemu ya msalaba ya WaveGuide ya LN

Mtini.2 （A） Waveguide na muundo wa elektroni na （B） Coreplate ya moduli ya LN

Ulinganisho wa moduli za filamu nyembamba za lithiamu niobate na modulators za kibiashara za jadi za lithiamu, modulators za msingi wa silicon na modulators za indium phosphide (INP) na modulators zingine zilizopo za kasi ya juu, vigezo kuu vya kulinganisha ni pamoja na:
.
.
(3) Upotezaji wa uingizwaji wa macho (DB) katika mkoa wa moduli. Inaweza kuonekana kutoka kwenye meza kwamba filamu nyembamba ya lithiamu niobate ina faida dhahiri katika bandwidth ya moduli, voltage ya nusu-wimbi, upotezaji wa tafsiri ya macho na kadhalika.

Silicon, kama msingi wa optoelectronics iliyojumuishwa, imeandaliwa hadi sasa, mchakato huo ni kukomaa, miniaturization yake inafaa kwa ujumuishaji mkubwa wa vifaa vya kazi/vya kupita, na modulator yake imekuwa ikisomwa sana na kwa undani katika uwanja wa mawasiliano ya macho. Njia ya moduli ya umeme ya macho ya silicon ni hasa kubeba-kubeba, sindano ya wabebaji na mkusanyiko wa wabebaji. Kati yao, bandwidth ya modulator ni sawa na utaratibu wa kupungua kwa kiwango cha mtoaji, lakini kwa sababu usambazaji wa shamba la macho huingiliana na kutokuwa sawa kwa mkoa wa kuzidisha, athari hii itaanzisha upotoshaji wa mpangilio wa pili na mpangilio wa tatu wa mpangilio, kwa njia ya mpangilio wa mpangilio.

Modulator ya INP ina athari bora za umeme, na muundo wa safu-safu nyingi unaweza kutambua kiwango cha juu na modulators za chini za voltage zilizo na Vπ · L hadi 0.156V · mm. Walakini, tofauti za faharisi ya kuakisi na uwanja wa umeme ni pamoja na masharti ya mstari na isiyo ya mstari, na kuongezeka kwa nguvu ya uwanja wa umeme kutafanya athari ya mpangilio wa pili kuwa maarufu. Kwa hivyo, moduli za silicon na INP electro-optic zinahitaji kutumia upendeleo kuunda makutano ya PN wakati zinafanya kazi, na PN Junction italeta upotezaji wa ngozi. Walakini, saizi ya moduli ya hizi mbili ni ndogo, saizi ya moduli ya biashara ya INP ni 1/4 ya moduli ya LN. Ufanisi wa hali ya juu, unaofaa kwa wiani mkubwa na mitandao ya maambukizi ya macho ya umbali mfupi kama vituo vya data. Athari ya elektroni-macho ya lithiamu niobate haina utaratibu wa kunyonya nyepesi na upotezaji wa chini, ambayo inafaa kwa mshikamano wa umbali mrefuMawasiliano ya machona uwezo mkubwa na kiwango cha juu. Katika matumizi ya picha ya microwave, coefficients ya umeme ya SI na INP sio ya mstari, ambayo haifai kwa mfumo wa picha ya microwave ambayo hufuata usawa wa juu na mienendo mikubwa. Nyenzo ya lithiamu niobate inafaa sana kwa matumizi ya picha ya microwave kwa sababu ya mgawo wake wa umeme wa umeme wa umeme.