Modulateur électro-optique haute performance :modulateur de niobate de lithium à couche mince
Un modulateur électro-optique (Modulateur EOM) est un modulateur utilisant l'effet électro-optique de certains cristaux électro-optiques, capable de convertir les signaux électroniques à haut débit des dispositifs de communication en signaux optiques. Lorsqu'il est soumis à un champ électrique, son indice de réfraction et ses caractéristiques d'onde optique changent en conséquence, ce qui permet de moduler l'amplitude, la phase et la polarisation du signal optique, et de convertir le signal électronique à haut débit du dispositif de communication en signal optique par modulation.
Il existe actuellement trois principaux types demodulateurs électro-optiquessur le marché : modulateurs à base de silicium, modulateurs au phosphure d'indium et couches mincesmodulateur de niobate de lithium. Parmi eux, le silicium n'a pas de coefficient électro-optique direct, les performances sont plus générales, adaptées uniquement à la production de modulateur de module émetteur-récepteur de transmission de données à courte distance, le phosphure d'indium bien qu'adapté au module émetteur-récepteur de réseau de communication optique à moyenne et longue distance, mais les exigences du processus d'intégration sont extrêmement élevées, le coût est relativement élevé, l'application est soumise à certaines limitations. Français En revanche, le cristal de niobate de lithium est non seulement riche en effet photoélectrique, l'effet photoréfractif défini, l'effet non linéaire, l'effet électro-optique, l'effet optique acoustique, l'effet piézoélectrique et l'effet thermoélectrique sont égaux à un, et grâce à sa structure en réseau et à sa structure de défauts riche, de nombreuses propriétés du niobate de lithium peuvent être grandement régulées par la composition du cristal, le dopage des éléments, le contrôle de l'état de valence, etc. Obtenez des performances photoélectriques supérieures, telles que le coefficient électro-optique allant jusqu'à 30,9 pm/V, nettement supérieur au phosphure d'indium, et a un petit effet chirp (effet chirp : fait référence au phénomène selon lequel la fréquence dans l'impulsion change avec le temps pendant le processus de transmission de l'impulsion laser. Un effet chirp plus important entraîne un rapport signal/bruit plus faible et un effet non linéaire), un bon rapport d'extinction (le rapport de puissance moyen de l'état « activé » du signal à son état « désactivé »), et une stabilité supérieure du dispositif. De plus, le mécanisme de fonctionnement du modulateur en niobate de lithium à couche mince diffère de celui des modulateurs à base de silicium et au phosphure d'indium utilisant des méthodes de modulation non linéaire. Ces derniers utilisent l'effet électro-optique linéaire pour charger le signal modulé électriquement sur la porteuse optique. Le taux de modulation est principalement déterminé par les performances de l'électrode micro-ondes, ce qui permet d'obtenir une vitesse et une linéarité de modulation supérieures, ainsi qu'une consommation d'énergie réduite. De ce fait, le niobate de lithium est devenu un choix idéal pour la préparation de modulateurs électro-optiques hautes performances, offrant un large éventail d'applications dans les réseaux de communication optique cohérents 100G/400G et les centres de données ultra-rapides, et permettant des transmissions sur de longues distances de plus de 100 kilomètres.
Le niobate de lithium, matériau révolutionnaire de la « révolution photonique », présente de nombreux avantages par rapport au silicium et au phosphure d'indium. Cependant, il est souvent utilisé comme matériau massif dans les dispositifs. La lumière est limitée au guide d'ondes plan formé par diffusion ionique ou échange de protons. La différence d'indice de réfraction est généralement faible (environ 0,02) et la taille du dispositif est relativement importante. Il est difficile de répondre aux exigences de miniaturisation et d'intégration.dispositifs optiques, et sa ligne de production est encore différente de la ligne de processus de microélectronique réelle, et il y a un problème de coût élevé, donc la formation de films minces est une direction de développement importante pour le niobate de lithium utilisé dans les modulateurs électro-optiques.
Date de publication : 24 décembre 2024