Нэгдсэн бичил долгионы фотон технологид нимгэн хальсан литийн ниобатын давуу тал ба ач холбогдол
Бичил долгионы фотон технологиУламжлалт богино долгионы системийн техникийн саатлыг арилгах, радар, электрон дайн, холбоо, хэмжилт, хяналт зэрэг цэргийн цахим мэдээллийн хэрэгслийн гүйцэтгэлийг сайжруулах чадвартай, ажлын өргөн өргөн, зэрэгцээ боловсруулалтын хүчтэй, дамжуулах алдагдал бага зэрэг давуу талуудтай. Гэсэн хэдий ч салангид төхөөрөмж дээр суурилсан бичил долгионы фотоны систем нь том эзэлхүүнтэй, хүнд жинтэй, тогтвортой байдал муутай тул богино долгионы фотоны технологийг сансрын болон агаарын платформд ашиглахыг ноцтой хязгаарладаг. Тиймээс богино долгионы фотоны нэгдсэн технологи нь цэргийн цахим мэдээллийн системд богино долгионы фотоны хэрэглээг эвдэж, богино долгионы фотоны технологийн давуу талыг бүрэн дүүрэн ашиглахад чухал дэмжлэг болж байна.
Одоогийн байдлаар SI-д суурилсан фотоник интеграцийн технологи, INP-д суурилсан фотоник интеграцийн технологи нь оптик холбооны салбарт олон жилийн хөгжлийн явцад улам боловсронгуй болж, маш олон бүтээгдэхүүн зах зээлд гарч байна. Гэсэн хэдий ч богино долгионы фотоныг ашиглахын тулд эдгээр хоёр төрлийн фотон интеграцийн технологид зарим бэрхшээл тулгардаг: жишээлбэл, Si модулятор ба InP модуляторын шугаман бус цахилгаан оптик коэффициент нь богино долгионы фотоны технологийн дагуу мөрддөг өндөр шугаман чанар, том динамик шинж чанаруудтай зөрчилддөг; Жишээлбэл, дулааны-оптик эффект, пьезоэлектрик эффект эсвэл зөөвөрлөгчийн тарилгын дисперсийн эффект дээр суурилсан оптик зам солихыг гүйцэтгэдэг цахиурын оптик унтраалга нь удаан шилжих хурд, эрчим хүчний зарцуулалт, дулааны зарцуулалт зэрэг асуудлуудтай тул хурдан туяа сканнердах, том массивын богино долгионы фотоны хэрэглээг хангаж чадахгүй.
Литиум ниобат нь өндөр хурдны эхний сонголт байсаар ирсэнцахилгаан оптик модуляцмаш сайн шугаман цахилгаан-оптик нөлөөгөөр материал. Гэсэн хэдий ч уламжлалт литийн ниобатцахилгаан оптик модуляторЭнэ нь их хэмжээний лити ниобатын болор материалаар хийгдсэн бөгөөд төхөөрөмжийн хэмжээ нь маш том бөгөөд энэ нь нэгдсэн бичил долгионы фотон технологийн хэрэгцээг хангаж чадахгүй. Шугаман цахилгаан оптик коэффициент бүхий литийн ниобат материалыг бичил долгионы фотон технологийн нэгдсэн системд хэрхэн нэгтгэх нь холбогдох судлаачдын зорилго болоод байна. 2018 онд АНУ-ын Харвардын их сургуулийн судалгааны баг литийн ниобат нимгэн хальсан дээр суурилсан фотоник интеграцчлалын технологийг анх танилцуулсан бөгөөд учир нь энэ технологи нь өндөр интеграл, цахилгаан оптик модуляцын өргөн зурвасын өргөн, цахилгаан оптик эффектийн өндөр шугаман чанар зэрэг давуу талтай бөгөөд нэгэнт нэвтрүүлсэн даруйдаа эрдэм шинжилгээний болон үйлдвэрлэлийн фото зургийн интеграцчлалын салбарт анхаарал хандуулах болсон. Богино долгионы фотоны хэрэглээний үүднээс энэхүү нийтлэлд нимгэн хальсан литийн ниобат дээр суурилсан фотоны интеграцийн технологийн богино долгионы фотоны технологийн хөгжилд үзүүлэх нөлөө, ач холбогдлыг авч үзэх болно.
Нимгэн хальсан литийн ниобат материал ба нимгэн хальслитийн ниобат модулятор
Сүүлийн хоёр жилийн хугацаанд шинэ төрлийн литийн ниобатын материал гарч ирэв, өөрөөр хэлбэл литийн ниобатын хальсыг их хэмжээний литийн ниобатын талстаас "ион зүсэх" аргаар гуужуулж, цахиурын буфер давхаргаар Si ваферт холбож, LNOI (LiNbO3-ийн хальс) үүсгэдэг. Энэ баримт бичигт литийн ниобат материал. 100-аас дээш нанометр өндөртэй нурууны долгионы хөтлүүрийг нимгэн хальсан литийн ниобат материал дээр хуурай сийлбэрийн аргаар сийлбэрлэх боломжтой бөгөөд үүссэн долгион хөтлүүрүүдийн үр дүнтэй хугарлын индексийн зөрүү 0.8-аас их (уламжлалт литийн ниобатын хугарлын индексийн зөрүүгээс хамаагүй өндөр) 02-р зурагт үзүүлэв. Хязгаарлагдмал долгионы хөтлүүр нь модуляторыг зохион бүтээхдээ гэрлийн талбарыг богино долгионы талбайтай тохируулахад хялбар болгодог. Тиймээс хагас долгионы хүчдэл бага, модуляцийн зурвасын өргөнийг богино хугацаанд хийх нь ашигтай байдаг.
Бага алдагдалтай литийн ниобат субмикрон долгионы хөтлүүр нь уламжлалт лити ниобатын цахилгаан оптик модуляторын өндөр жолоодлогын ачааллыг эвддэг. Электродын зайг ~ 5 μм хүртэл багасгаж, цахилгаан орон ба оптик горимын талбайн хоорондох давхцал ихээхэн нэмэгдэж, vπ ·L нь 20 В·см-ээс ихсэхээс 2.8 В·см-ээс бага болж буурдаг. Тиймээс ижил хагас долгионы хүчдэлийн дор төхөөрөмжийн уртыг уламжлалт модулятортой харьцуулахад ихээхэн багасгаж болно. Үүний зэрэгцээ, зурагт үзүүлсэн шиг аялах долгионы электродын өргөн, зузаан, интервалын параметрүүдийг оновчтой болгосны дараа модулятор нь 100 ГГц-ээс илүү өндөр модуляцийн зурвасын өргөнтэй байх боломжтой.
Зураг 1 （a） тооцоолсон горимын тархалт ба LN долгионы хөтлүүрийн хөндлөн огтлолын （b） зураг
Зураг 2 （a） Долгион хөтлүүр ба электродын бүтэц ба LN модуляторын （b） үндсэн хавтан
Нимгэн хальсан литийн ниобат модуляторыг уламжлалт лити ниобатын арилжааны модулятор, цахиурт суурилсан модулятор, индий фосфид (InP) модулятор болон бусад өндөр хурдны цахилгаан оптик модуляторуудтай харьцуулахдаа харьцуулалтын үндсэн үзүүлэлтүүд нь:
(1) Модуляторын модуляцийн үр ашгийг хэмжих хагас долгионы вольтын урттай бүтээгдэхүүн (vπ ·L, V·см), утга бага байх тусам модуляцийн үр ашиг өндөр байх болно;
(2) модуляторын өндөр давтамжийн модуляцад үзүүлэх хариу үйлдлийг хэмждэг 3 дБ модуляцийн зурвасын өргөн (GHz);
(3) Модуляцийн бүс дэх оптик оруулах алдагдал (дБ). Нимгэн хальсан литийн ниобат модулятор нь модуляцийн зурвасын өргөн, хагас долгионы хүчдэл, оптик интерполяцийн алдагдал гэх мэт давуу талтай болохыг хүснэгтээс харж болно.
Нэгдсэн оптоэлектроникийн тулгын чулуу болох цахиур нь өнөөг хүртэл боловсруулагдсан, үйл явц нь боловсорч гүйцсэн, түүнийг жижгэрүүлэх нь идэвхтэй/идэвхгүй төхөөрөмжүүдийг өргөн цар хүрээтэй нэгтгэхэд тохиромжтой, түүний модуляторыг оптик холбооны салбарт өргөн, гүнзгий судалсан. Цахиурын цахилгаан оптик модуляцийн механизм нь голчлон зөөгчийг задлах, тээвэрлэгчийг шахах, зөөвөрлөх хуримтлал юм. Тэдгээрийн дотроос модуляторын зурвасын өргөн нь шугаман түвшний зөөвөрлөгчийн хомсдолын механизмтай оновчтой байдаг боловч оптик талбайн тархалт нь хомсдолын бүсийн жигд бус байдалтай давхцдаг тул энэ нөлөө нь шугаман бус хоёр дахь эрэмбийн гажуудал ба гурав дахь эрэмбийн интермодуляцийн гажуудлын нөхцлүүдийг нэвтрүүлж, зөөвөрлөгчийн шингээлтийн нөлөөг хослуулан гэрэл болон дахин модулицид хүргэдэг. гажуудал.
InP модулятор нь гайхалтай цахилгаан оптик эффекттэй бөгөөд олон давхаргат квант худгийн бүтэц нь 0.156V · мм хүртэл Vπ·L бүхий хэт өндөр хурдтай, бага жолоодлогын хүчдэлийн модуляторуудыг хэрэгжүүлэх боломжтой. Гэсэн хэдий ч цахилгаан талбайн хугарлын илтгэгчийн өөрчлөлт нь шугаман болон шугаман бус нөхцлүүдийг багтаадаг бөгөөд цахилгаан талбайн эрчмийг нэмэгдүүлэх нь хоёр дахь дарааллын эффектийг мэдэгдэхүйц болгоно. Иймд цахиур ба InP цахилгаан оптик модуляторууд ажиллахдаа pn уулзвар үүсгэхийн тулд хэвийх хэрэгтэй бөгөөд pn уулзвар нь шингээлтийн алдагдлыг гэрэлд авчрах болно. Гэсэн хэдий ч энэ хоёрын модуляторын хэмжээ бага, арилжааны InP модуляторын хэмжээ нь LN модуляторын 1/4-тэй тэнцэнэ. Дата төв гэх мэт өндөр нягтралтай, ойрын зайн дижитал оптик дамжуулах сүлжээнд тохиромжтой модуляцийн өндөр үр ашигтай. Литиум ниобатын цахилгаан оптик нөлөө нь гэрэл шингээх механизмгүй, алдагдал багатай тул холын зайд уялдаатай ажиллахад тохиромжтой.оптик харилцаа холбооих хүчин чадалтай, өндөр хурдтай. Богино долгионы фотоны хэрэглээнд Si ба InP-ийн цахилгаан оптик коэффициентүүд нь шугаман бус байдаг бөгөөд энэ нь өндөр шугаман байдал, том динамикийг баримталдаг богино долгионы фотоны системд тохиромжгүй юм. Литиум ниобат материал нь бүрэн шугаман цахилгаан оптик модуляцийн коэффициенттэй тул богино долгионы фотоныг ашиглахад маш тохиромжтой.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 4-р сарын 22