Linéarité élevéemodulateur électro-optiqueet application de photons micro-ondes
Avec les exigences croissantes des systèmes de communication, afin d'améliorer encore l'efficacité de transmission des signaux, les gens fusionneront les photons et les électrons pour obtenir des avantages complémentaires, et la photonique micro-ondes sera née. Le modulateur électro-optique est nécessaire pour la conversion de l'électricité en lumièreSystèmes photoniques micro-ondeset cette étape clé détermine généralement les performances de l'ensemble du système. Puisque la conversion du signal radiofréquence en domaine optique est un processus de signal analogique et ordinairemodulateurs électro-optiquesont une non-linéarité inhérente, il y a une grave distorsion du signal dans le processus de conversion. Afin d'obtenir une modulation linéaire approximative, le point de fonctionnement du modulateur est généralement fixé au point de biais orthogonal, mais il ne peut toujours pas répondre aux exigences de la liaison de photons micro-ondes pour la linéarité du modulateur. Les modulateurs électro-optiques avec une linéarité élevée sont nécessaires urgents.
La modulation de l'indice de réfraction à grande vitesse des matériaux de silicium est généralement obtenue par l'effet de dispersion du plasma porteur libre (FCD). L'effet FCD et la modulation de la jonction PN sont non linéaires, ce qui rend le modulateur de silicium moins linéaire que le modulateur de niobate lithium. Les matériaux de niobate au lithium présentent un excellentmodulation électro-optiquePropriétés dues à leur effet plié. Dans le même temps, le matériau au lithium niobate présente les avantages d'une grande bande passante, de bonnes caractéristiques de modulation, d'une faible perte, d'une intégration facile et d'une compatibilité avec le processus de semi-conducteur, l'utilisation de niobate de lithium à couches minces pour fabriquer une linéarité électro-optique haute performance, par rapport au silicium en silicium sans «plaque courte», mais aussi pour atteindre une linéarité élevée. Le modulateur électro-optique au lithium à couches minces (LNOI) sur l'isolateur est devenu une direction de développement prometteuse. Avec le développement de la technologie de préparation des matériaux au lithium niobate à couches minces et de la technologie de gravure des guides d'ondes, l'efficacité de conversion élevée et une intégration plus élevée du modulateur électro-optique au lithium niobate mince sont devenus le domaine du monde universitaire et de l'industrie internationale.
Caractéristiques du lithium niobate mince
Aux États-Unis, la planification DAP AR a fait l'évaluation suivante des matériaux de lithium niobate: si le centre de la révolution électronique est nommé d'après le matériau en silicium qui le rend possible, alors le lieu de naissance de la révolution photonique est susceptible d'être nommé d'après le niobate de lithium. En effet, le niobate de lithium intègre l'effet électro-optique, l'effet acousto-optique, l'effet piézoélectrique, l'effet thermoélectrique et l'effet photoréfractif en un, tout comme les matériaux en silicium dans le domaine de l'optique.
En termes de caractéristiques de transmission optique, le matériau INP a la plus grande perte de transmission sur puce en raison de l'absorption de la lumière dans la bande 1550 nm couramment utilisée. SiO2 et le nitrure de silicium ont les meilleures caractéristiques de transmission, et la perte peut atteindre le niveau de ~ 0,01 dB / cm; À l'heure actuelle, la perte de guide d'onde de guide d'onde au lithium niobate à couches minces peut atteindre le niveau de 0,03 dB / cm, et la perte de guide d'onde de niobate de lithium à couches minces a le potentiel d'être encore réduit avec l'amélioration continue du niveau technologique à l'avenir. Par conséquent, le matériau de niobate de lithium à film mince montrera de bonnes performances pour les structures lumineuses passives telles que le chemin photosynthétique, le shunt et le microration.
En termes de génération de lumière, seul INP a la capacité d'émettre directement la lumière; Par conséquent, pour l'application de photons micro-ondes, il est nécessaire d'introduire la source lumineuse basée sur INP sur la puce photonique basée sur le LNOI par le moyen de redouter le soudage ou la croissance épitaxiale. En termes de modulation lumineuse, il a été souligné ci-dessus que le matériau de niobate de lithium à film mince est plus facile pour obtenir une bande passante de modulation plus grande, une tension de demi-onde plus faible et une perte de transmission plus faible que l'INP et le SI. De plus, la forte linéarité de la modulation électro-optique des matériaux de niobate de lithium à couches minces est essentielle pour toutes les applications de photons micro-ondes.
En termes de routage optique, la réponse électro-optique à grande vitesse du matériau de niobate de lithium à film mince rend l'interrupteur optique à base de LNOI capable de commutation de routage optique à grande vitesse, et la consommation d'énergie d'une telle commutation à grande vitesse est également très faible. Pour l'application typique de la technologie des photons micro-ondes intégrée, la puce de formation de faisceau à commande optique a la capacité d'une commutation à grande vitesse à répondre aux besoins du balayage de faisceau rapide, et les caractéristiques de la consommation d'alimentation ultra-low sont bien adaptées aux exigences strictes du système de réalisation phasé à grande échelle. Bien que l'interrupteur optique basé sur INP puisse également réaliser une commutation de chemin optique à grande vitesse, il introduira un gros bruit, en particulier lorsque l'interrupteur optique à plusieurs niveaux est en cascade, le coefficient de bruit sera sérieusement détérioré. Les matériaux de silicium, de SiO2 et de nitrure de silicium ne peuvent basculer que des trajectoires optiques à travers l'effet thermo-optique ou l'effet de dispersion du porte-avions, qui présente les inconvénients d'une consommation élevée de puissance et d'une vitesse de commutation lente. Lorsque la taille du tableau du réseau phasé est grande, elle ne peut pas répondre aux exigences de consommation d'énergie.
En termes d'amplification optique, leamplificateur optique semi-conducteur (Soa) Sur la base de l'INP a été mature pour une utilisation commerciale, mais il présente les inconvénients d'un coefficient de bruit élevé et d'une faible puissance de sortie de saturation, qui n'est pas propice à l'application de photons micro-ondes. Le processus d'amplification paramétrique du guide d'onde niobate au lithium à couches minces basé sur l'activation et l'inversion périodiques peuvent obtenir un faible bruit et une amplification optique sur puce à faible puissance, qui peut bien répondre aux exigences de la technologie de photons micro-ondes intégrée pour une amplification optique sur puce.
En termes de détection de lumière, le niobate de lithium à film mince a de bonnes caractéristiques de transmission pour éclairer dans la bande 1550 nm. La fonction de la conversion photoélectrique ne peut pas être réalisée, donc pour les applications de photons micro-ondes, afin de répondre aux besoins de la conversion photoélectrique sur la puce. Les unités de détection Ingaas ou GE-SI doivent être introduites sur les puces intégrées photoniques basées sur le LNOI par soudage en arrière ou croissance épitaxiale. En termes de couplage avec des fibres optiques, car la fibre optique elle-même est un matériau SiO2, le champ de mode du guide d'ondes SiO2 a le degré de correspondance le plus élevé avec le champ de mode de fibre optique, et le couplage est le plus pratique. Le diamètre du champ de mode du guide d'onde fortement restreint du mince Niobate au lithium est d'environ 1 μm, ce qui est assez différent du champ de mode de fibre optique, de sorte que la transformation de poncée en mode approprié doit être effectuée pour correspondre au champ de mode de la fibre optique.
En termes d'intégration, la question de savoir si divers matériaux ont un potentiel d'intégration élevé dépend principalement du rayon de flexion du guide d'onde (affecté par la limitation du champ de mode de guide d'onde). Le guide d'onde fortement restreint permet un rayon de flexion plus petit, ce qui est plus propice à la réalisation d'une intégration élevée. Par conséquent, les guides d'ondes au lithium niobate à couches minces ont le potentiel d'obtenir une intégration élevée. Par conséquent, l'apparition du niobate de lithium à couches minces permet au matériau de niobate de lithium de jouer vraiment le rôle du «silicium» optique. Pour l'application de photons micro-ondes, les avantages du mince couloir au lithium niobate sont plus évidents.
Heure du poste: avr-23-2024