Integrirlenen mikrotolkunly foton tehnologiýasynda inçe film litiý niobatynyň artykmaçlyklary we ähmiýeti
Mikrotolkun foton tehnologiýasyAdaty mikrotolkun ulgamynyň tehniki bökdençligini döwmek we radar, elektron söweş, aragatnaşyk we ölçeg we gözegçilik ýaly harby elektron maglumat enjamlarynyň işleýşini gowulandyrmak mümkinçiligine eýe bolan uly iş zolagynyň giňligi, güýçli parallel gaýtadan işlemek ukyby we pes geçiriş ýitgisi ýaly artykmaçlyklara eýedir. Şeýle-de bolsa, diskret enjamlara esaslanýan mikrotolkunly foton ulgamynda uly göwrüm, agyr agram we pes durnuklylyk ýaly käbir meseleler bar, bu mikrotolkunly foton tehnologiýasynyň kosmos giňişliginde we howa arkaly platformalarda ulanylmagyny düýpli çäklendirýär. Şol sebäpli, mikrotolkunly foton tehnologiýasy, mikrotolkunly fotonyň harby elektron maglumat ulgamynda ulanylmagyny bozmak we mikrotolkunly foton tehnologiýasynyň artykmaçlyklaryny doly oýnamak üçin möhüm goldawa öwrülýär.
Häzirki wagtda SI esasly fotonik integrasiýa tehnologiýasy we INP esasly fotonik integrasiýa tehnologiýasy optiki aragatnaşyk pudagynda köp ýyllyk ösüşden soň has ösdi we bazara köp önüm çykaryldy. Şeýle-de bolsa, mikrotolkunly fotony ulanmak üçin bu iki görnüşli foton integrasiýa tehnologiýalarynda käbir meseleler bar: mysal üçin, Si modulýatorynyň we InP modulýatorynyň çyzykly däl elektro-optiki koeffisiýenti, mikrotolkunly foton tehnologiýasy tarapyndan alnyp barylýan ýokary çyzyklylyga we uly dinamiki aýratynlyklara ters gelýär; Mysal üçin, termiki-optiki täsire, piezoelektrik täsirine ýa-da daşaýjy sanjym dispersiýa täsirine esaslanyp, optiki ýol kommutasiýasyny amala aşyrýan kremniy optiki wyklýuçatel, çalt şöhle skanerine we uly massiwli mikrotolkunly foton programmalaryna laýyk gelmeýän haýal kommutasiýa tizligi, güýç sarp etmek we ýylylyk sarp etmek meselesinde kynçylyk çekýär.
Lityum niobate ýokary tizlik üçin hemişe ilkinji seçim boldyelektro-optiki modulýasiýaajaýyp çyzykly elektro-optiki täsiri sebäpli materiallar. Şeýle-de bolsa, adaty litiý niobatelektro-optiki modulýatorullakan litiý niobat kristal materialdan ýasalýar we enjamyň ululygy mikrotolkunly foton tehnologiýasynyň zerurlyklaryny kanagatlandyryp bilmeýän gaty uludyr. Liteý niobat materiallaryny çyzykly elektro-optiki koeffisiýenti bilen mikrotolkunly foton tehnologiýa ulgamyna nädip birikdirmeli, degişli gözlegçileriň maksady boldy. 2018-nji ýylda ABŞ-nyň Garward uniwersitetiniň gözleg topary ilkinji gezek Tebigatda inçe film litiý niobatyna esaslanýan fotoniki integrasiýa tehnologiýasy barada habar berdi, sebäbi tehnologiýanyň ýokary integrasiýa, uly elektro-optiki modulýasiýa zolagynyň giňligi we elektro-optiki täsiriň ýokary çyzyklylygy artykmaçlyklara eýe bolansoň, derrew fotonik integrasiýa we mikrotolkun fotonikasy pudagynda akademiki we senagat ünsüni döretdi. Mikrotolkunly foton ulanylyşy nukdaýnazaryndan bu kagyz, mikrotolkunly foton tehnologiýasynyň ösmegine inçe film litiý niobatyna esaslanýan foton integrasiýa tehnologiýasynyň täsirini we ähmiýetini gözden geçirýär.
Inçe film litiý niobat materialy we inçe filmlitiý niobat modulýatory
Soňky iki ýylda litiý niobat materialynyň täze bir görnüşi ýüze çykdy, ýagny litiý niobat filmi “ion dilimlemek” usuly bilen ullakan litiý niobat kristalyndan çykarylýar we Si wafli bilen kremniy bufer gatlagy bilen baglanyşyp, LNOI (LiNbO3-On-izolýator) materialy [5] diýilýär. Boýy 100 nanometrden gowrak bolan tolkun tolkunlary optimal gury eriş prosesi arkaly inçe film litiý niobat materiallaryna ýerleşdirilip bilner we emele gelen tolkun goragçylarynyň täsirli refraktiw indeks tapawudy 1-nji suratda görkezilişi ýaly, adaty litiý niobat tolkun goragçylarynyň refraktiw görkeziji tapawudyndan has ýokary bolup biler, güýçli çäklendirilen tolkun tolkunynyň dizaýny. Şeýlelik bilen, pes ýarym tolkun naprýa .eniýesini we has gysga uzynlykda has uly modulýasiýa zolagyny gazanmak peýdalydyr.
Pes ýitgili litiý niobat submikron tolkun goragçysynyň peýda bolmagy, adaty litiý niobat elektro-optiki modulýatorynyň ýokary hereketlendiriji naprýa .eniýesini bökdeýär. Elektrod aralygy ~ 5 μm çenli peseldilip bilner we elektrik meýdany bilen optiki re fieldim meýdanynyň arasyndaky gapma-garşylyk ep-esli ýokarlanýar we vπ · L 20 V · sm-den 2,8 V · sm-e çenli azalýar. Şonuň üçin şol bir ýarym tolkun naprýa .eniýesinde adaty modulýator bilen deňeşdirilende enjamyň uzynlygy ep-esli azaldylyp bilner. Şol bir wagtyň özünde, şekilde görkezilişi ýaly, hereket edýän tolkun elektrodynyň giňliginiň, galyňlygynyň we aralygynyň parametrlerini optimizirländen soň, modulýator 100 GGs-dan ýokary ultra-ýokary modulýasiýa zolagynyň giňligine eýe bolup biler.
1-nji surat （a） hasaplanan re modeim paýlanyşy we LN tolkun goragçysynyň kesişiniň （b） şekili
2-nji surat （a） Tolkun we elektrod gurluşy we LN modulýatorynyň （b） esasy bölegi
Inçe film litiý niobat modulýatorlaryny adaty litiý niobat täjirçilik modulýatorlary, kremniý esasly modulýatorlar we indiý fosfid (InP) modulýatorlary we beýleki ýokary tizlikli elektro-optiki modulýatorlar bilen deňeşdirmek, deňeşdirmegiň esasy parametrleri:
.
(2) modulýatoryň ýokary ýygylykly modulýasiýa täsirini ölçeýän 3 dB modulýasiýa zolagy (GGs);
(3) Modulýasiýa sebitinde optiki goýmak ýitgisi (dB). Stoldan inçe film litiý niobat modulýatorynyň modulirleme zolagynyň giňligi, ýarym tolkun naprýa .eniýesi, optiki interpolýasiýa ýitgisi we ş.m.-de aç-açan artykmaçlyklarynyň bardygyny görmek bolýar.
Silikon, integrirlenen optoelektronikanyň özeni hökmünde şu wagta çenli işlenip düzüldi, proses kämillik ýaşyna ýetdi, miniatýurizasiýa işjeň / passiw enjamlaryň uly göwrümli birleşmegine amatly we modulýator optiki aragatnaşyk pudagynda giňden we çuňňur öwrenildi. Silikonyň elektro-optiki modulýasiýa mehanizmi, esasan, daşaýjynyň azalmagy, daşaýjy sanjym we daşaýjynyň toplanmagydyr. Şolaryň arasynda modulýatoryň geçirijilik giňligi çyzykly dereje göterijiniň tükenmegi mehanizmi bilen iň amatlydyr, ýöne optiki meýdan paýlanyşy könelişýän sebitiň birmeňzeş däldigi sebäpli biri-birine gabat gelýändigi sebäpli, bu täsir çyzykly ikinji tertipli ýoýulmany we üçünji tertipli intermodulýasiýa ýoýulma şertlerini döreder, bu bolsa optiki modulýasiýa amplitudasynyň we signalyň ýoýulmagyna täsir eder.
InP modulýatorynyň ajaýyp elektro-optiki täsiri bar we köp gatly kwant guýusy gurluşy, Vπ · L bilen 0,156V · mm çenli ultra ýokary tizligi we pes hereketlendiriji naprýa modeniýe modulýatorlaryny amala aşyryp biler. Şeýle-de bolsa, refraktiw indeksiň elektrik meýdany bilen üýtgemegi çyzykly we çyzykly däl terminleri öz içine alýar we elektrik meýdanynyň intensiwliginiň ýokarlanmagy ikinji tertipli effekti görnükli eder. Şonuň üçin kremniý we InP elektro-optiki modulýatorlar işlänlerinde pn birleşmesini emele getirmek üçin ikitaraplaýyn çemeleşmeli we pn birikmesi siňdiriş ýitgisini ýagtylyga getirer. Şeýle-de bolsa, bu ikisiniň modulýatorynyň ululygy kiçi, täjirçilik InP modulýatorynyň ululygy LN modulýatorynyň 1/4 bölegidir. Dataokary modulirleme netijeliligi, ýokary dykyzlyk we maglumat merkezleri ýaly gysga aralyk sanly optiki geçiriş torlary üçin amatly. Lityum niobatyň elektro-optiki täsiri, uzak aralyk sazlaşykly bolmagy üçin ýagtylygy siňdiriş mehanizmine we pes ýitgä eýe däldir.optiki aragatnaşykuly kuwwatlylygy we ýokary tizligi bilen. Mikrotolkunly foton programmasynda Si we InP-iň elektro-optiki koeffisiýentleri çyzykly däl, ýokary çyzyklylygy we uly dinamikany yzarlaýan mikrotolkun foton ulgamy üçin amatly däl. Lityum niobat materialy, doly çyzykly elektro-optiki modulýasiýa koeffisiýenti sebäpli mikrotolkunly foton ulanmak üçin örän amatlydyr.
Iş wagty: 22-2024-nji aprel