סרט דק ליתיום ניובאט חומר וסרט דק ליתיום ניובאט מודולטור

יתרונות ומשמעות של סרטים דקים ליתיום ניובאט בטכנולוגיית פוטון מיקרוגל משולבת

טכנולוגיית פוטון מיקרוגליש את היתרונות של רוחב פס גדול עובד, יכולת עיבוד מקבילה חזקה ואובדן העברה נמוך, שיש לו פוטנציאל לשבור את צוואר הבקבוק הטכני של מערכת המיקרוגל המסורתית ולשפר את הביצועים של ציוד מידע אלקטרוני צבאי כמו מכ"ם, לוחמה אלקטרונית, תקשורת ומדידה ובקרה. עם זאת, למערכת הפוטונים של מיקרוגל המבוססת על מכשירים נפרדים יש כמה בעיות כמו נפח גדול, משקל כבד ויציבות ירודה, מה שמגביל ברצינות את היישום של טכנולוגיית פוטונים במיקרוגל בפלטפורמות נישאות ומוטס. לפיכך, טכנולוגיית פוטון מיקרוגל משולבת הופכת לתמיכה חשובה לשבור את היישום של פוטון מיקרוגל במערכת מידע אלקטרונית צבאית ולתת משחק מלא ליתרונות של טכנולוגיית פוטון מיקרוגל.

נכון לעכשיו, טכנולוגיית אינטגרציה פוטונית מבוססת SI וטכנולוגיית אינטגרציה פוטונית מבוססת INP הפכו לבוגרות יותר ויותר לאחר שנים של פיתוח בתחום התקשורת האופטית, והרבה מוצרים הוכנסו לשוק. עם זאת, ליישום של פוטון מיקרוגל, ישנן כמה בעיות בשני סוגים אלה של טכנולוגיות שילוב פוטונים: לדוגמה, המקדם האלקטרו-אופטי הלא-לינארי של מודולטור Si ו- INP מודולטור מנוגד לליניאריות הגבוהה והמאפיינים הדינמיים הגדולים שנמצאים על ידי טכנולוגיית פוטון מיקרוגבה; לדוגמה, המתג האופטי הסיליקון המממש את מיתוג הנתיבים האופטיים, בין אם מבוסס על השפעה תרמית אופטית, השפעה פיזואלקטרית או אפקט פיזור הזרקת המנשא, יש את הבעיות של מהירות מיתוג איטית, צריכת חשמל וצריכת חום, שלא יכולות לעמוד בסריקת הקורה המהירה ויישומי מיקרו של מיקרו-מערך גדולים.

ליתיום ניובאט תמיד היה הבחירה הראשונה למהירות גבוההאפנון אלקטרו-אופטיחומרים בגלל האפקט האלקטרו-אופטי הליניארי המצוין שלו. עם זאת, ליתיום ניובאט המסורתימודולטור אלקטרו-אופטיעשוי מחומר גבישי ליתיום ניובאט מסיבי, וגודל המכשיר גדול מאוד, שאינו יכול לענות על הצרכים של טכנולוגיית פוטון מיקרוגל משולבת. כיצד לשלב חומרי ליתיום ניובאט עם מקדם אלקטרו-אופטי לינארי במערכת הטכנולוגיה המשולבת של מיקרוגל פוטון הפכה למטרה של חוקרים רלוונטיים. בשנת 2018, צוות מחקר מאוניברסיטת הרווארד בארצות הברית דיווח לראשונה על טכנולוגיית האינטגרציה הפוטונית המבוססת על סרטים דקים ליתיום ניובאט בטבע, מכיוון שלטכנולוגיה יש יתרונות של שילוב גבוה, רוחב פס אלקטרו-אופטי גדול, וליניאריות גבוהה של אפקט אלקטרו-אופטי, לאחר שהושק, גרמו מייד לתשומת לב ותשומת לב תעשייתית בשטח של פוטוניקה. מנקודת המבט של יישום פוטון מיקרוגל, מאמר זה סוקר את ההשפעה והמשמעות של טכנולוגיית שילוב פוטונים המבוססת על סרט דק ליתיום ניובאט על פיתוח טכנולוגיית פוטון מיקרוגל.

סרט דק ליתיום ניובאט חומר וסרט דקמודולטור ליתיום ניובאט
בשנתיים האחרונות התגלה סוג חדש של חומר ליתיום ניובאט, כלומר, סרט הליתיום ניובאט פילוס מהקריסטל המסיבי של ליתיום ניובאט בשיטה של ​​"חיתוך יונים" ומקשורים לחומר Si עם חומר של חומר סילקה. נייר. ניתן לחרוט על מדריכי גל של רכס בגובה של יותר ממאה ננומטרים על חומרי ליתיום ניובאט דקים על ידי תהליך תחריט יבש מיטב, והבדל מדד השבירה האפקטיבי של מדריכי הגל שנוצר יכול להגיע ליותר מ- 0.8 (גבוה בהרבה מההבדל של אינדקס השבירה עם שדה נמוך עם הגלות המסורתיות של הגל של הגלות המופעלת על ידי הגלות המופעלת על ידי הגלות המופעלת על ידי הגל של ה- Lithuae המסורתי. עיצוב המודולטור. לפיכך, מועיל להשיג מתח חצי גל נמוך יותר ורוחב פס אפנון גדול יותר באורך קצר יותר.

הופעתו של אובדן נמוך ליתיום ניובאט Submicron Gailduide שובר את צוואר הבקבוק של מתח נהיגה גבוהה של מודולטור אלקטרו-אופטי ליתיום ניובאט מסורתי. ניתן להפחית את מרווח האלקטרודה ל ~ 5 מיקרומטר, והחפיפה בין השדה החשמלי לשדה המצב האופטי מוגברת מאוד, וה- Vπ · L יורד ביותר מ- 20 v · ס"מ לפחות מ- 2.8 וולט · ס"מ. לכן, תחת אותו מתח חצי גל, ניתן להפחית מאוד את אורך המכשיר בהשוואה למודולטור המסורתי. במקביל, לאחר מיטוב הפרמטרים של הרוחב, עובי ומרווח האלקטרודה של הגל הנוסע, כפי שמוצג באיור, למודולטור יכול להיות יכולת של רוחב פס אפנון גבוה במיוחד גדול מ- 100 ג'יגה הרץ.

איור 1 （A） חלוקת מצב מחושב ותמונה של חתך רוחב של LN גלגול LN

איור 2 （A） מבנה מוליך גל ואלקטרודה ו- （B） Coreplate של מודולטור LN

ההשוואה בין מודולטורי ליתיום ניובאט של סרט דק עם מודולטורים מסחריים מסורתיים של ליתיום ניובאט, מודולטורים מבוססי סיליקון ומודולי אינדיום פוספייד (INP) ומודולי אלקטרו אופטיים אחרים הקיימים במהירות גבוהה, הפרמטרים העיקריים של ההשוואה כוללים::
(1) מוצר באורך גל של חצי גל (Vπ · L, V · CM), מדידת יעילות האפנון של המודולטור, כך הערך קטן יותר, כך יעילות האפנון גבוהה יותר;
(2) רוחב פס מודולציה של 3 dB (GHz), המודד את תגובת המודולטור למודולציה בתדר גבוה;
(3) אובדן הכנסה אופטי (DB) באזור האפנון. ניתן לראות מהטבלה כי מודולטור הסרטים הדק של ליתיום ניובאט יש יתרונות ברורים ברוחב הפס של אפנון, מתח חצי גל, אובדן אינטרפולציה אופטי וכן הלאה.

סיליקון, כמו אבן הפינה של אופטואלקטרוניקה משולבת, פותחה עד כה, התהליך בוגר, המיזוג שלו תורם לשילוב בקנה מידה גדול של מכשירים פעילים/פסיביים, והמודולטור שלו נחקר מאוד ועמוק בתחום התקשורת האופטית. מנגנון האפנון האלקטרו-אופטי של הסיליקון הוא בעיקר דיפלינג נשא, הזרקת נשא והצטברות המנשא. ביניהם, רוחב הפס של המודולטור הוא אופטימלי עם מנגנון ההידלדלות של נשא הדרגה ליניארית, אך מכיוון שהתפלגות השדה האופטי חופפת את אי-האחידות של אזור ההידלדלות, השפעה זו תביא לעיוותים לא-סדר שני ואותו של הסדר השלישי, מהפחתה של האור של האור, מה שהפחתה של האור והפחתה של ההפחתה.

למודולטור ה- INP יש השפעות אלקטרו-אופטיות מצטיינות, ומבנה הבאר הקוונטי הרב-שכבתי יכול לממש קצב גבוה במיוחד ומודולי מתח נהיגה נמוך עם vi · L עד 0.156V · מ"מ. עם זאת, הווריאציה של מדד השבירה עם שדה חשמלי כוללת מונחים לינאריים ולא לינאריים, ועליית עוצמת השדה החשמלי תגרום לאפקט הסדר השני. לפיכך, מודולטורים אלקטרו-אופטיים של סיליקון ו- INP צריכים להחיל הטיה ליצירת צומת PN כאשר הם עובדים, וצומת PN יביא את אובדן הספיגה לאור. עם זאת, גודל המודולטור של שני אלה הוא קטן, גודל המודולטור המסחרי של ה- INP הוא 1/4 מתוך מודולטור LN. יעילות אפנון גבוהה, המתאימה לרשתות העברה אופטיות דיגיטליות של צפיפות גבוהה ומרחקים קצרים כמו מרכזי נתונים. לאפקט האלקטרו-אופטי של ליתיום ניובאט אין מנגנון ספיגת אור ואובדן נמוך, המתאים לקוהרנטי למרחקים ארוכיםתקשורת אופטיתעם קיבולת גדולה ושיעור גבוה. ביישום הפוטון המיקרוגל, המקדמים האלקטרו-אופטיים של SI ו- INP אינם לינאריים, שאינם מתאימים למערכת הפוטונים המיקרוגל הרודפת ליניאריות גבוהה ודינמיקה גדולה. חומר ליתיום ניובאט מתאים מאוד ליישום פוטון מיקרוגל בגלל מקדם האפנון האלקטרו-אופטי הליניארי לחלוטין שלו.