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, харилцаа холбоо, хэмжилт зэрэг цэргийн цахим мэдээллийн хэрэгслийн гүйцэтгэлийг сайжруулах чадвартай, ажлын өргөн зурвасын өргөн, зэрэгцээ боловсруулалтын хүчтэй, дамжуулах алдагдал бага зэрэг давуу талуудтай. хяналт. 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 ашиглахад эдгээр хоёр төрлийн фотон интеграцийн технологид зарим асуудал тулгардаг: жишээлбэл, Si модулятор ба InP модуляторын шугаман бус цахилгаан оптик коэффициент нь богино долгионы дагаж мөрддөг өндөр шугаман чанар, том динамик шинж чанаруудтай зөрчилддөг. фотон технологи; 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 хэрэглээ, дулааны зарцуулалт зэрэгтэй холбоотой бөгөөд энэ нь хурдыг хангаж чадахгүй байна. цацраг сканнердах болон том массивын богино долгионы фотоны хэрэглээ.
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 байгальд нимгэн хальсан литийн ниобат дээр суурилсан фотоник интеграцийн технологийг анх мэдээлсэн, учир нь энэ технологи нь өндөр интеграл, том цахилгаан оптик модуляцийн зурвасын өргөн, цахилгаан дамжуулах шугаман чанар өндөртэй байдаг. -Оптик эффектийг эхлүүлсэн даруйдаа фотоник интеграцчлал, богино долгионы фотоникийн салбарт эрдэм шинжилгээний болон үйлдвэрлэлийн анхаарлыг татсан. 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 литийн ниобатын шинэ төрлийн материал гарч ирсэн бөгөөд өөрөөр хэлбэл литийн ниобатын хальсыг их хэмжээний литийн ниобатын талстаас "ион зүсэх" аргаар гуужуулж, цахиурын буфер давхаргаар Si өрөмд наасан байна. LNOI (LiNbO3-On-Insulator) материалыг [5] үүсгэдэг бөгөөд үүнийг энэ нийтлэлд нимгэн хальсан литийн ниобат материал гэж нэрлэдэг. 100 нанометрээс дээш өндөртэй долгионы хөтлүүрийг нимгэн хальсан литийн ниобатын материал дээр хуурай сийлбэрийн аргаар сийлбэрлэх боломжтой бөгөөд үүссэн долгион хөтлүүрүүдийн үр дүнтэй хугарлын индексийн зөрүү 0.8-аас их (уламжлалт хугарлын илтгэгчийн зөрүүгээс хамаагүй өндөр) хүрч болно. литийн ниобатын долгионы хөтлүүр 0.02), Зураг 1-д үзүүлсэн шиг. Хүчтэй хязгаарлагдмал долгион хөтлүүр нь модуляторыг зохион бүтээхдээ гэрлийн талбарыг богино долгионы талбартай тохируулахад хялбар болгодог. Тиймээс хагас долгионы хүчдэл бага, модуляцийн зурвасын өргөнийг богино хугацаанд хийх нь ашигтай.
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, процесс нь боловсорч гүйцсэн, түүнийг жижигрүүлэх нь идэвхтэй/идэвхгүй төхөөрөмжүүдийг өргөн цар хүрээтэй нэгтгэхэд тустай бөгөөд түүний модулятор нь оптикийн салбарт өргөн, гүнзгий судлагдсан. харилцаа холбоо. Цахиурын цахилгаан оптик модуляцийн механизм нь голчлон зөөгчийг задлах, тээвэрлэгчийг шахах, зөөвөрлөх хуримтлал юм. Тэдгээрийн дотроос модуляторын зурвасын өргөн нь шугаман градусын 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 гажуудлыг бий болгоно. Нэр томьёо нь зөөгчийг гэрэлд шингээх нөлөөлөлтэй хослуулсан бөгөөд энэ нь оптик модуляцын далайц, дохионы гажуудал буурахад хүргэдэг.
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 холбоотом 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