סרט דק משולב גבוה יותר ליתיום ניובאט מודולטור אלקטרו-אופטי

ליניאריות גבוההמודולטור אלקטרו-אופטיויישום פוטון מיקרוגל
עם הדרישות ההולכות וגוברות של מערכות תקשורת, על מנת לשפר עוד יותר את יעילות ההעברה של האותות, אנשים יתייזרו פוטונים ואלקטרונים כדי להשיג יתרונות משלימים, ונולד פוטוניקה במיקרוגל. המודולטור האלקטרו-אופטי יש צורך בהמרת החשמלמערכות פוטוניות של מיקרוגל, ושלב מפתח זה קובע בדרך כלל את הביצועים של המערכת כולה. מכיוון שהמרת אות תדר רדיו לתחום אופטי היא תהליך אות אנלוגי, ורגילמודולטורים אלקטרו-אופטייםיש אי -ליניאריות מובנית, יש עיוות אות רציני בתהליך ההמרה. על מנת להשיג אפנון ליניארי משוער, נקודת ההפעלה של המודולטור קבועה בדרך כלל בנקודת ההטיה האורתוגונאלית, אך היא עדיין לא יכולה לעמוד בדרישות של קישור פוטון מיקרוגל לליניאריות של המודולטור. יש צורך בדחיפות מודולטורים אלקטרו-אופטיים עם ליניאריות גבוהה.

אפנון מדד השבירה המהיר של חומרי הסיליקון מושג בדרך כלל על ידי אפקט פיזור הפלזמה של המנשא החופשי (FCD). גם אפקט ה- FCD וגם אפנון צומת PN אינם לינאריים, מה שהופך את מודולטור הסיליקון פחות ליניארי מאשר מודולטור ליתיום ניובאט. חומרי ליתיום ניובאט מציגים מעולהאפנון אלקטרו-אופטימאפיינים בגלל אפקט הפאקר שלהם. יחד עם זאת, לחומר ליתיום ניובאט יש יתרונות של רוחב פס גדול, מאפייני אפנון טוב, אובדן נמוך, שילוב קל ותאימות לתהליך מוליכים למחצה, השימוש בליתיום ניובאט דק כדי ליצור מודולט אלקטרו-אופטי בעל ביצועים גבוהים. סרט דק ליתיום ניובאט (LNOI) מודולטור אלקטרו-אופטי על מבודד הפך לכיוון פיתוח מבטיח. עם פיתוח סרטים דקים של סרט דק ליתיום ניובאט טכנולוגיית הכנת חומרי חומרים וטכנולוגיית תחריט גלגלי גל, יעילות ההמרה הגבוהה ושילוב גבוה יותר של מודולטור האלקטרו-אופטי של הסרטים הדקים של הסרטים הפך לתחום האקדמיה והתעשייה הבינלאומית.

מאפיינים של סרטים דקים ליתיום ניובאט
בארצות הברית DAP AR תכנון העריך את ההערכה הבאה של חומרי ליתיום ניובאט: אם מרכז המהפכה האלקטרונית נקרא על שם חומר הסיליקון המאפשר זאת, אז מקום הולדתו של מהפכת הפוטוניקה עשוי להיקרא על שם ליתיום ניובאט. הסיבה לכך היא ליתיום ניובאט משלב אפקט אלקטרו-אופטי, אפקט אקוסטו-אופטי, אפקט פיזואלקטרי, אפקט תרמו-אלקטרי ואפקט פוטו-פרקטיבי באחד, ממש כמו חומרי סיליקון בתחום האופטיקה.

מבחינת מאפייני ההעברה האופטיים, לחומר ה- INP יש את אובדן ההעברה הגדול ביותר בשבב עקב ספיגת האור בפס 1550 ננומטר הנפוץ. ל- SiO2 ולסיליקון ניטריד יש את מאפייני ההולכה הטובים ביותר, והאובדן יכול להגיע לרמה של ~ 0.01dB/ס"מ; נכון לעכשיו, לאובדן מוליך הגל של ליתיום ניובייט גל של סרט דק יכול להגיע לרמה של 0.03dB/ס"מ, ולאובדן של ליתיום ניובייט גל של דק יש את הפוטנציאל להפחתת עוד יותר עם השיפור הרציף של הרמה הטכנולוגית בעתיד. לפיכך, הסרט הדק ליתיום ניובאט יראה ביצועים טובים למבני אור פסיביים כמו נתיב פוטוסינתטי, שאנט ומיקרורינג.

מבחינת ייצור האור, רק ל- INP יש את היכולת לפלוט אור ישירות; לפיכך, ליישום פוטונים במיקרוגל, יש צורך להציג את מקור האור מבוסס ה- INP על השבב המשולב הפוטוני מבוסס LNOI בדרך של ריתוך עומס אחורי או צמיחה אפיטקסיאלית. מבחינת אפנון אור, הודגש לעיל כי קל יותר להשיג חומר פס ליתיום ניובאט דק של סרטים, מתח חצי גל נמוך יותר ואובדן שידור נמוך יותר מאשר INP ו- SI. יתר על כן, הליניאריות הגבוהה של אפנון אלקטרו-אופטי של חומרי ליתיום ניובאט של סרט דק היא חיונית לכל יישומי הפוטון המיקרוגל.

מבחינת הניתוב האופטי, התגובה האלקטרו-אופטית המהירה של חומר ליתיום ניובאט של סרט דק הופכת את המתג האופטי מבוסס LNOI המסוגל גם מיתוג ניתוב אופטי במהירות גבוהה, וגם צריכת החשמל של מיתוג מהיר כה גבוה היא נמוכה מאוד. עבור היישום האופייני של טכנולוגיית פוטון משולבת של מיקרוגל, לשבב הקורה הנשלט על אופטי יש את היכולת של מעבר במהירות גבוהה לענות על הצרכים של סריקת קרן מהירה, והמאפיינים של צריכת חשמל נמוכה במיוחד מותאמים היטב לדרישות הקפדניות של מערכת מערך בשלב גדול. למרות שהמתג האופטי מבוסס ה- INP יכול גם לממש מיתוג אופטי מהיר מהיר, הוא יכניס רעש גדול, במיוחד כאשר מתג האופטי הרב-שכבתי מפלס, מקדם הרעש יתדרדר ברצינות. חומרי סיליקון, SiO2 וסיליקון ניטריד יכולים רק להחליף נתיבים אופטיים דרך האפקט התרמו-אופטי או אפקט פיזור המנשא, שיש לו חסרונות של צריכת חשמל גבוהה ומהירות מיתוג איטי. כאשר גודל המערך של המערך שלב גדול, הוא לא יכול לעמוד בדרישות צריכת החשמל.

מבחינת הגברה אופטית,מגבר אופטי מוליך למחצה (SOA) בהתבסס על INP היה בוגר לשימוש מסחרי, אך יש לה חסרונות של מקדם רעש גבוה וכוח פלט רוויה נמוך, שאינו תורם ליישום פוטונים במיקרוגל. תהליך ההגברה הפרמטרי של מוליך גל ליתיום ניובאט דק-סרטים המבוסס על הפעלה והיפוך תקופתי יכול להשיג רעש נמוך והגברה אופטית גבוהה על השבב, שיכולה לעמוד היטב בדרישות של טכנולוגיית פוטון משולבת של מיקרוגל לצורך הגברה אופטית על השבב.

מבחינת איתור אור, לסרט הדק ליתיום ניובאט יש מאפייני העברה טובים לאור בפס 1550 ננומטר. לא ניתן לממש את פונקציית ההמרה הפוטואלקטרית, ולכן עבור יישומי פוטון במיקרוגל, על מנת לענות על צרכי ההמרה הפוטואלקטרית על השבב. יש להציג יחידות גילוי של INGAAS או GE-SI על שבבים משולבים פוטוניים מבוססי LNOI על ידי העמסת ריתוך או צמיחה אפיטקסיאלית. מבחינת צימוד עם סיבים אופטיים, מכיוון שהסיב האופטי עצמו הוא חומר SiO2, לשדה המצב של SiO2 GaveGuide יש את התואר ההתאמה הגבוה ביותר עם שדה המצב של סיבים אופטיים, והצימוד הוא הנוח ביותר. קוטר שדה המצב של מוליך הגל המוגבל מאוד של הסרט הדק ליתיום ניובאט הוא בערך 1 מיקרומטר, שהוא שונה לגמרי משדה המצב של סיבים אופטיים, ולכן יש לבצע טרנספורמציה של נקודת המוצא למצב כך שתתאים לשדה המצב של סיבים אופטיים.

מבחינת האינטגרציה, בין אם לחומרים שונים יש פוטנציאל אינטגרציה גבוה תלוי בעיקר ברדיוס הכיפוף של מוליך הגל (מושפע מההגבלה של שדה מצב גלגל הגל). מוליך הגל המוגבל מאוד מאפשר רדיוס כיפוף קטן יותר, התורם יותר למימוש שילוב גבוה. לפיכך, למדריכי גל ליתיום ניובאט דק יש פוטנציאל להשיג שילוב גבוה. לפיכך, הופעתו של סרט דק ליתיום ניובאט מאפשרת לחומר ליתיום ניובאט למלא באמת את התפקיד של "סיליקון" אופטי. ליישום פוטונים של מיקרוגל, היתרונות של סרטים דקים ליתיום ניובאט הם ברורים יותר.