מודולטור אלקטרו-אופטי בעל ביצועים גבוהים: מודולטור ליתיום ניובט בשכבה דקה

מודולטור אלקטרו-אופטי בעל ביצועים גבוהים:מודולטור ליתיום ניובט סרט דק

מודולטור אלקטרו-אופטי (מודולטור EOM) הוא מודולטור המיוצר באמצעות האפקט האלקטרו-אופטי של גבישים אלקטרו-אופטיים מסוימים, שיכול להמיר אותות אלקטרוניים במהירות גבוהה במכשירי תקשורת לאותות אופטיים. כאשר הגביש האלקטרו-אופטי נתון לשדה חשמלי, מקדם השבירה של הגביש האלקטרו-אופטי ישתנה, ומאפייני הגל האופטי של הגביש ישתנו גם הם בהתאם, על מנת לממש את האפנון של משרעת, פאזה ומצב הקיטוב של האות האופטי, ולהמיר את האות האלקטרוני במהירות גבוהה במכשיר התקשורת לאות אופטי באמצעות אפנון.

נכון לעכשיו, ישנם שלושה סוגים עיקריים שלמודולטורים אלקטרו-אופטייםבשוק: מודולטורים מבוססי סיליקון, מודולטורים אינדיום פוספיד ושכבה דקהמודולטור ליתיום ניובטביניהם, לסיליקון אין מקדם אלקטרו-אופטי ישיר, הביצועים שלו כלליים יותר, ומתאימים רק לייצור מודולטור משדר-מקלט להעברת נתונים למרחקים קצרים. אינדיום פוספיד, למרות שהוא מתאים למודול משדר-מקלט לרשתות תקשורת אופטיות למרחקים בינוניים-ארוכים, דרישות תהליך האינטגרציה גבוהות ביותר, העלות יחסית גבוהה, והיישום כפוף למגבלות מסוימות. לעומת זאת, גביש ליתיום ניובט אינו עשיר רק באפקט פוטואלקטרי, אלא גם באפקט שבירה פוטואלקטרית קבוע, אפקט לא ליניארי, אפקט אלקטרו-אופטי, אפקט אופטי אקוסטי, אפקט פיזואלקטרי ואפקט תרמואלקטרי שווים לאחד, ובזכות מבנה הסריג ומבנה הפגמים העשיר שלו, תכונות רבות של ליתיום ניובט ניתנות לווסת במידה רבה על ידי הרכב הגביש, סימום אלמנטים, בקרת מצב הערכיות וכו'. הוא משיג ביצועים פוטואלקטריים מעולים, כגון מקדם אלקטרו-אופטי של עד 30.9pm/V, גבוה משמעותית מזה של אינדיום פוספיד, ובעל אפקט ציוץ קטן (אפקט ציוץ: מתייחס לתופעה שבה התדר בתוך הפעימה משתנה עם הזמן במהלך תהליך העברת פעימת הלייזר. אפקט ציוץ גדול יותר מביא ליחס אות לרעש נמוך יותר ואפקט לא ליניארי), יחס הכחדה טוב (יחס ההספק הממוצע של מצב "פעיל" של האות למצב "כבוי") ויציבות מעולה של המכשיר. בנוסף, מנגנון הפעולה של מודולטור ליתיום ניובט בשכבה דקה שונה מזה של מודולטור מבוסס סיליקון ומודולטור אינדיום פוספיד המשתמשים בשיטות אפנון לא ליניאריות, המשתמשות באפקט אלקטרו-אופטי ליניארי כדי לטעון את האות המווסת חשמלית על גבי הגל האופטי, וקצב האפנון נקבע בעיקר על ידי ביצועי אלקטרודת המיקרוגל, כך שניתן להשיג מהירות אפנון וליניאריות גבוהות יותר וכן צריכת חשמל נמוכה יותר. בהתבסס על האמור לעיל, ליתיום ניובט הפך לבחירה אידיאלית להכנת מודולטורים אלקטרו-אופטיים בעלי ביצועים גבוהים, בעלי מגוון רחב של יישומים ברשתות תקשורת אופטיות קוהרנטיות של 100G/400G ובמרכזי נתונים במהירות גבוהה במיוחד, ויכולים להשיג מרחקי שידור ארוכים של יותר מ-100 קילומטרים.

ליתיום ניובט, כחומר חתרני של "מהפכת הפוטונים", למרות שיש לו יתרונות רבים בהשוואה לסיליקון ואינדיום פוספיד, הוא מופיע לעתים קרובות כחומר בתפזורת במכשיר. האור מוגבל למוליך הגל המישורי שנוצר על ידי דיפוזיה של יונים או חילופי פרוטונים. הפרש מקדם השבירה הוא בדרך כלל קטן יחסית (כ-0.02), וגודל המכשיר גדול יחסית. קשה לענות על צרכי המזעור והאינטגרציה של...מכשירים אופטיים, וקו הייצור שלו עדיין שונה מקו תהליך המיקרואלקטרוניקה בפועל, ויש בעיה של עלות גבוהה, ולכן יצירת שכבה דקה היא כיוון פיתוח חשוב עבור ליתיום ניובט המשמש במודולטורים אלקטרו-אופטיים.