مدولاتور الکترواپتیکی 42.7 گیگابیت بر ثانیه در فناوری سیلیکون

یکی از مهمترین ویژگی های مدولاتور نوری سرعت مدولاسیون یا پهنای باند آن است که باید حداقل به اندازه وسایل الکترونیکی موجود سریع باشد. ترانزیستورهایی که فرکانس‌های عبوری بسیار بالاتر از 100 گیگاهرتز دارند، قبلاً در فناوری سیلیکون 90 نانومتری نشان داده شده‌اند، و با کاهش حداقل اندازه ویژگی، سرعت بیشتر می‌شود [1]. با این حال، پهنای باند مدولاتورهای مبتنی بر سیلیکون امروزی محدود است. سیلیکون به دلیل ساختار کریستالی متقارن مرکزی، غیرخطی χ(2) ندارد. استفاده از سیلیکون صاف شده در حال حاضر به نتایج جالبی منجر شده است [2]، اما غیرخطی‌ها هنوز امکان استفاده از دستگاه‌های عملی را نمی‌دهند. بنابراین تعدیل‌کننده‌های فوتونیک سیلیکونی پیشرفته هنوز به پراکندگی حامل آزاد در اتصالات pn یا پین متکی هستند [3-5]. نشان داده شده است که اتصالات بایاس رو به جلو محصولی با طول ولتاژ به اندازه VπL = 0.36 V میلی متر نشان می دهند، اما سرعت مدولاسیون توسط دینامیک حامل های اقلیت محدود شده است. با این حال، نرخ داده 10 گیگابیت بر ثانیه با کمک پیش تاکید سیگنال الکتریکی تولید شده است [4]. در عوض با استفاده از اتصالات بایاس معکوس، پهنای باند به حدود 30 گیگاهرتز افزایش یافته است [5،6]، اما محصول طول ولتاژ به VπL = 40 V میلی متر افزایش یافت. متأسفانه، چنین تعدیل‌کننده‌های فاز اثر پلاسما، مدولاسیون شدت نامطلوب را نیز تولید می‌کنند [7]، و به ولتاژ اعمال شده به صورت غیرخطی پاسخ می‌دهند. با این حال، فرمت‌های مدولاسیون پیشرفته مانند QAM به یک پاسخ خطی و مدولاسیون فاز خالص نیاز دارند که بهره‌برداری از اثر الکترواپتیک (اثر Pockels [8]) را به‌ویژه مطلوب می‌سازد.

2. رویکرد SOH
اخیراً رویکرد هیبرید سیلیکون-آلی (SOH) پیشنهاد شده است [9-12]. نمونه ای از مدولاتور SOH در شکل 1(a) نشان داده شده است. این شامل یک موجبر شیار است که میدان نوری را هدایت می کند و دو نوار سیلیکونی که به صورت الکتریکی موجبر نوری را به الکترودهای فلزی متصل می کند. الکترودها خارج از میدان مودال نوری قرار دارند تا از تلفات نوری جلوگیری کنند [13]، شکل 1(b). این دستگاه با یک ماده آلی الکترواپتیک پوشیده شده است که به طور یکنواخت شکاف را پر می کند. ولتاژ تعدیل کننده توسط موجبر الکتریکی فلزی حمل می شود و به لطف نوارهای سیلیکونی رسانا در سراسر شکاف کاهش می یابد. سپس میدان الکتریکی حاصل از طریق اثر الکترواپتیکی فوق سریع، ضریب شکست در شکاف را تغییر می‌دهد. از آنجایی که شکاف دارای عرضی در حدود 100 نانومتر است، چند ولت برای ایجاد میدان های تعدیل کننده بسیار قوی که به ترتیب قدرت دی الکتریک اکثر مواد هستند، کافی است. این سازه دارای راندمان مدولاسیون بالایی است زیرا هم میدان های مدولاسیون و هم میدان های نوری در داخل شکاف متمرکز شده اند، شکل 1(b) [14]. در واقع، اولین پیاده سازی مدولاتورهای SOH با عملکرد زیر ولت [11] قبلا نشان داده شده است، و مدولاسیون سینوسی تا 40 گیگاهرتز نشان داده شده است [15،16]. با این حال، چالش در ساخت مدولاتورهای SOH با سرعت بالا با ولتاژ پایین، ایجاد یک نوار اتصال بسیار رسانا است. در یک مدار معادل، شکاف را می توان با خازن C و نوارهای رسانا را با مقاومت R، شکل 1(b) نشان داد. ثابت زمانی RC متناظر، پهنای باند دستگاه را تعیین می کند [10،14،17،18]. به منظور کاهش مقاومت R، پیشنهاد شده است که نوارهای سیلیکونی دوپ شوند [10،14]. در حالی که دوپینگ رسانایی نوارهای سیلیکونی را افزایش می دهد (و در نتیجه تلفات نوری را افزایش می دهد)، جریمه تلفات اضافی پرداخت می شود زیرا تحرک الکترون در اثر پراکندگی ناخالصی مختل می شود [10،14،19]. علاوه بر این، جدیدترین تلاش‌های ساخت رسانایی غیرمنتظره پایینی را نشان داد.

Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd. واقع در "سیلیکون ولی" چین - Beijing Zhongguancun، یک شرکت با فناوری پیشرفته است که به موسسات تحقیقاتی داخلی و خارجی، موسسات تحقیقاتی، دانشگاه ها و کارکنان تحقیقات علمی سازمانی اختصاص یافته است. شرکت ما عمدتاً در زمینه تحقیق و توسعه مستقل، طراحی، ساخت، فروش محصولات نوری الکترونیکی فعالیت می کند و راه حل های نوآورانه و خدمات حرفه ای و شخصی را برای محققان علمی و مهندسان صنایع ارائه می دهد. پس از سالها نوآوری مستقل، مجموعه ای غنی و کامل از محصولات فوتوالکتریک را تشکیل داده است که به طور گسترده در صنایع شهری، نظامی، حمل و نقل، برق، مالی، آموزشی، پزشکی و سایر صنایع استفاده می شود.

ما مشتاقانه منتظر همکاری با شما هستیم!