مدولاتور الکترواپتیکی با کارایی بالا:مدولاتور نیوبات لیتیوم لایه نازک
یک مدولاتور الکترواپتیکی (مدولاتور EOM) یک مدولاتور ساخته شده با استفاده از اثر الکترواپتیکی برخی از کریستال‌های الکترواپتیکی است که می‌تواند سیگنال‌های الکترونیکی پرسرعت را در دستگاه‌های ارتباطی به سیگنال‌های نوری تبدیل کند. هنگامی که کریستال الکترواپتیکی تحت تأثیر یک میدان الکتریکی اعمال شده قرار می‌گیرد، ضریب شکست کریستال الکترواپتیکی تغییر می‌کند و ویژگی‌های موج نوری کریستال نیز بر این اساس تغییر می‌کند تا مدولاسیون دامنه، فاز و حالت قطبش سیگنال نوری محقق شود و سیگنال الکترونیکی پرسرعت در دستگاه ارتباطی از طریق مدولاسیون به سیگنال نوری تبدیل شود.
در حال حاضر، سه نوع اصلی ازمدولاتورهای الکترواپتیکیموجود در بازار: مدولاتورهای مبتنی بر سیلیکون، مدولاتورهای فسفید ایندیوم و فیلم نازکمدولاتور لیتیوم نیوباتدر میان آنها، سیلیکون ضریب الکترواپتیکی مستقیمی ندارد، عملکرد آن عمومی‌تر است و فقط برای تولید مدولاتور ماژول فرستنده-گیرنده انتقال داده در فواصل کوتاه مناسب است، فسفید ایندیوم اگرچه برای ماژول فرستنده-گیرنده شبکه ارتباطی نوری در فواصل متوسط-طولانی مناسب است، اما الزامات فرآیند ادغام بسیار بالا، هزینه نسبتاً بالا و کاربرد آن محدودیت‌های خاصی دارد. در مقابل، کریستال لیتیوم نیوبات نه تنها غنی از اثر فوتوالکتریک است، بلکه مجموعه اثر شکست نوری، اثر غیرخطی، اثر الکترواپتیکی، اثر نوری آکوستیک، اثر پیزوالکتریک و اثر ترموالکتریک برابر با یک است و به لطف ساختار شبکه‌ای و ساختار نقص غنی آن، بسیاری از خواص لیتیوم نیوبات را می‌توان تا حد زیادی با ترکیب کریستال، آلایش عناصر، کنترل حالت ظرفیت و غیره تنظیم کرد. به عملکرد فوتوالکتریک برتر، مانند ضریب الکترواپتیکی تا 30.9pm/V، که به طور قابل توجهی بالاتر از فسفید ایندیوم است، دست یافت و اثر چیرپ کوچکی دارد (اثر چیرپ: به پدیده‌ای اشاره دارد که فرکانس درون پالس با زمان در طول فرآیند انتقال پالس لیزر تغییر می‌کند. اثر چیرپ بزرگتر منجر به نسبت سیگنال به نویز کمتر و یک اثر غیرخطی می‌شود)، نسبت انقراض خوب (نسبت توان متوسط حالت "روشن" سیگنال به حالت "خاموش" آن) و پایداری دستگاه برتر. علاوه بر این، مکانیسم کار مدولاتور لایه نازک لیتیوم نیوبات با مدولاتور مبتنی بر سیلیکون و مدولاتور فسفید ایندیوم با استفاده از روش‌های مدولاسیون غیرخطی متفاوت است، که از اثر الکترواپتیکی خطی برای بارگذاری سیگنال مدوله شده الکتریکی بر روی حامل نوری استفاده می‌کند و نرخ مدولاسیون عمدتاً توسط عملکرد الکترود مایکروویو تعیین می‌شود، بنابراین می‌توان به سرعت مدولاسیون بالاتر و خطی بودن و همچنین مصرف برق کمتر دست یافت. بر اساس موارد فوق، لیتیوم نیوبات به یک انتخاب ایده‌آل برای تهیه مدولاتورهای الکترواپتیکی با کارایی بالا تبدیل شده است که طیف گسترده‌ای از کاربردها را در شبکه‌های ارتباطی نوری منسجم 100G/400G و مراکز داده فوق سریع دارد و می‌تواند به فواصل انتقال طولانی بیش از 100 کیلومتر دست یابد.
نیوبات لیتیوم به عنوان یک ماده‌ی انقلابی در «انقلاب فوتون»، اگرچه در مقایسه با سیلیکون و فسفید ایندیوم مزایای زیادی دارد، اما اغلب به شکل یک ماده‌ی حجیم در دستگاه ظاهر می‌شود، نور به موجبر صفحه‌ای که توسط انتشار یون یا تبادل پروتون تشکیل شده است محدود می‌شود، اختلاف ضریب شکست معمولاً نسبتاً کوچک است (حدود 0.02)، اندازه دستگاه نسبتاً بزرگ است. برآورده کردن نیازهای کوچک‌سازی و ادغام دشوار است.دستگاه‌های نوریو خط تولید آن هنوز با خط فرآیند واقعی میکروالکترونیک متفاوت است و مشکل هزینه بالا نیز وجود دارد، بنابراین تشکیل لایه نازک یک جهت توسعه مهم برای لیتیوم نیوبات مورد استفاده در مدولاتورهای الکترواپتیکی است.
زمان ارسال: ۲۴ دسامبر ۲۰۲۴