مدولاتور الکترواپتیک لیتیوم نیوبات لایه نازک یکپارچه بالاتر

خطی بودن بالامدولاتور الکترواپتیکو کاربرد فوتون مایکروویو
با افزایش نیازهای سیستم‌های ارتباطی، به منظور بهبود بیشتر بازده انتقال سیگنال‌ها، مردم فوتون‌ها و الکترون‌ها را برای دستیابی به مزایای مکمل ترکیب می‌کنند و فوتونیک مایکروویو متولد می‌شود. مدولاتور الکترواپتیکال برای تبدیل الکتریسیته به نور مورد نیاز استسیستم های فوتونیکی مایکروویو، و این مرحله کلیدی معمولاً عملکرد کل سیستم را تعیین می کند. از آنجایی که تبدیل سیگنال فرکانس رادیویی به حوزه نوری یک فرآیند سیگنال آنالوگ و معمولی استمدولاتورهای الکترواپتیکالدارای غیرخطی ذاتی هستند، اعوجاج سیگنال جدی در فرآیند تبدیل وجود دارد. برای دستیابی به مدولاسیون خطی تقریبی، نقطه عملیاتی مدولاتور معمولاً در نقطه بایاس متعامد ثابت می شود، اما هنوز نمی تواند الزامات پیوند فوتون مایکروویو را برای خطی بودن مدولاتور برآورده کند. مدولاتورهای الکترواپتیک با خطی بودن بالا به فوریت مورد نیاز هستند.

مدولاسیون ضریب شکست با سرعت بالا مواد سیلیکونی معمولاً با اثر پراکندگی پلاسمای حامل آزاد (FCD) به دست می‌آید. هر دو اثر FCD و مدولاسیون اتصال PN غیر خطی هستند، که باعث می‌شود مدولاتور سیلیکون خطی‌تر از مدولاتور لیتیوم نیوبات باشد. مواد لیتیوم نیوبات عالی هستندمدولاسیون الکترواپتیکالخواص به دلیل اثر Pucker آنها. در عین حال، مواد لیتیوم نیوبات دارای مزایای پهنای باند بزرگ، ویژگی های مدولاسیون خوب، تلفات کم، ادغام آسان و سازگاری با فرآیند نیمه هادی، استفاده از لایه نازک لیتیوم نیوبات برای ساخت مدولاتور الکترواپتیکی با کارایی بالا، در مقایسه با سیلیکون است. تقریباً بدون "صفحه کوتاه"، بلکه برای دستیابی به خطی بودن بالا. مدولاتور الکترواپتیکی لایه نازک لیتیوم نیوبات (LNOI) روی عایق به یک جهت توسعه امیدوارکننده تبدیل شده است. با توسعه فناوری تهیه مواد لیتیوم نیوبات فیلم نازک و فناوری اچ کردن موجبر، راندمان تبدیل بالا و ادغام بالاتر مدولاتور الکترواپتیک لیتیوم نیوبات فیلم نازک به حوزه دانشگاهی و صنعت بین المللی تبدیل شده است.

ویژگی های لایه نازک لیتیوم نیوبات
در ایالات متحده، برنامه ریزی DAP AR ارزیابی زیر را از مواد لیتیوم نیوبات انجام داده است: اگر مرکز انقلاب الکترونیکی به نام ماده سیلیکونی نامگذاری شده باشد که این امکان را فراهم می کند، احتمالاً زادگاه انقلاب فوتونیک به نام لیتیوم نیوبات نامگذاری شده است. . این به این دلیل است که لیتیوم نیوبات اثر الکترواپتیکی، اثر آکوستو-اپتیکی، اثر پیزوالکتریک، اثر ترموالکتریک و اثر انکساری نوری را در یک واحد ادغام می کند، درست مانند مواد سیلیکونی در زمینه اپتیک.

از نظر ویژگی‌های انتقال نوری، مواد InP به دلیل جذب نور در باند 1550 نانومتری، بیشترین تلفات انتقال روی تراشه را دارند. SiO2 و نیترید سیلیکون بهترین ویژگی های انتقال را دارند و از دست دادن می تواند به سطح ~ 0.01dB/cm برسد. در حال حاضر، اتلاف موجبر موجبر لیتیوم نیوبات لایه نازک می تواند به سطح 0.03dB/cm برسد و اتلاف موجبر لیتیوم نیوبات لایه نازک این پتانسیل را دارد که با بهبود مستمر سطح فناوری در آینده بنابراین، مواد لیتیوم نیوبات لایه نازک عملکرد خوبی برای ساختارهای نور غیرفعال مانند مسیر فتوسنتزی، شنت و میکرورینگ نشان می‌دهد.

از نظر تولید نور، تنها InP توانایی انتشار مستقیم نور را دارد. بنابراین، برای کاربرد فوتون‌های مایکروویو، لازم است منبع نور مبتنی بر InP بر روی تراشه فوتونیک یکپارچه مبتنی بر LNOI از طریق جوشکاری پس‌بار یا رشد اپیتاکسیال معرفی شود. از نظر مدولاسیون نور، در بالا تاکید شده است که مواد لیتیوم نیوبات لایه نازک برای دستیابی به پهنای باند مدولاسیون بزرگتر، ولتاژ نیمه موج کمتر و تلفات انتقال کمتر از InP و Si آسانتر است. علاوه بر این، خطی بودن زیاد مدولاسیون الکترواپتیکی مواد لیتیوم نیوبات لایه نازک برای همه کاربردهای فوتون مایکروویو ضروری است.

از نظر مسیریابی نوری، پاسخ الکترواپتیکی با سرعت بالا مواد لیتیوم نیوبات لایه نازک باعث می شود که سوئیچ نوری مبتنی بر LNOI قادر به سوئیچینگ مسیریابی نوری با سرعت بالا باشد و مصرف انرژی چنین سوئیچینگ با سرعت بالا نیز بسیار کم است. برای کاربرد معمولی فناوری فوتون مایکروویو یکپارچه، تراشه شکل‌دهی پرتو با کنترل نوری توانایی سوئیچینگ با سرعت بالا را دارد تا نیازهای اسکن پرتو سریع را برآورده کند، و ویژگی‌های مصرف انرژی بسیار کم به خوبی با الزامات سختگیرانه بزرگ سازگار است. سیستم آرایه فازی مقیاس اگرچه سوئیچ نوری مبتنی بر InP می تواند سوئیچینگ مسیر نوری با سرعت بالا را نیز متوجه شود، اما نویز زیادی ایجاد می کند، به خصوص هنگامی که سوئیچ نوری چند سطحی آبشاری می شود، ضریب نویز به طور جدی بدتر می شود. مواد سیلیکون، SiO2 و نیترید سیلیکون فقط می توانند مسیرهای نوری را از طریق اثر حرارتی نوری یا اثر پراکندگی حامل تغییر دهند، که دارای معایب مصرف انرژی بالا و سرعت سوئیچ آهسته است. هنگامی که اندازه آرایه آرایه فازی بزرگ است، نمی تواند نیازهای مصرف برق را برآورده کند.

از نظر تقویت نوری،تقویت کننده نوری نیمه هادی (SOA) بر اساس InP برای استفاده تجاری بالغ شده است، اما دارای معایب ضریب نویز بالا و قدرت خروجی اشباع کم است که برای استفاده از فوتون های مایکروویو مناسب نیست. فرآیند تقویت پارامتریک موجبر لیتیوم نیوبات لایه نازک بر اساس فعال‌سازی و وارونگی دوره‌ای می‌تواند به تقویت نوری روی تراشه با نویز کم و توان بالا دست یابد، که به خوبی می‌تواند الزامات فناوری فوتون مایکروویو یکپارچه برای تقویت نوری روی تراشه را برآورده کند.

از نظر تشخیص نور، لایه نازک لیتیوم نیوبات دارای ویژگی های انتقال خوبی به نور در باند 1550 نانومتر است. عملکرد تبدیل فوتوالکتریک قابل درک نیست، بنابراین برای کاربردهای فوتون مایکروویو، به منظور رفع نیازهای تبدیل فوتوالکتریک روی تراشه. واحدهای تشخیص InGaAs یا Ge-Si باید بر روی تراشه‌های فوتونیک یکپارچه مبتنی بر LNOI با جوشکاری پشت‌بار یا رشد همپایی معرفی شوند. از نظر کوپلینگ با فیبر نوری، چون فیبر نوری خود مواد SiO2 است، میدان حالت موجبر SiO2 دارای بالاترین درجه تطبیق با میدان حالت فیبر نوری است و کوپلینگ راحت ترین است. قطر میدان حالت موجبر به شدت محدود شده از لایه نازک لیتیوم نیوبات حدود 1 میکرومتر است که کاملاً با میدان حالت فیبر نوری متفاوت است، بنابراین باید تغییر نقطه حالت مناسب برای مطابقت با میدان حالت فیبر نوری انجام شود.

از نظر ادغام، اینکه آیا مواد مختلف پتانسیل ادغام بالایی دارند یا خیر، عمدتاً به شعاع خمشی موجبر بستگی دارد (تحت تاثیر محدودیت میدان حالت موجبر). موجبر بسیار محدود شده اجازه می دهد تا شعاع خمشی کوچکتری داشته باشد، که برای تحقق یکپارچگی بالا مساعدتر است. بنابراین، موجبرهای لیتیوم نیوبات لایه نازک پتانسیل دستیابی به یکپارچگی بالا را دارند. بنابراین، ظاهر لایه نازک لیتیوم نیوبات این امکان را فراهم می کند که مواد لیتیوم نیوبات واقعاً نقش "سیلیکون" نوری را ایفا کنند. برای کاربرد فوتون های مایکروویو، مزایای لایه نازک لیتیوم نیوبات آشکارتر است.