Высокоэффективный электрооптический модулятор:модулятор на основе тонкой пленки ниобата лития
Электрооптический модулятор (EOM-модуляторЭлектрооптический кристалл (ЭО) — это модулятор, созданный с использованием электрооптического эффекта определенных электрооптических кристаллов, который может преобразовывать высокоскоростные электронные сигналы в коммуникационных устройствах в оптические сигналы. Когда электрооптический кристалл подвергается воздействию приложенного электрического поля, показатель преломления кристалла изменяется, и, соответственно, изменяются и оптические волновые характеристики кристалла, что позволяет модулировать амплитуду, фазу и состояние поляризации оптического сигнала и преобразовывать высокоскоростной электронный сигнал в коммуникационном устройстве в оптический сигнал посредством модуляции.
В настоящее время существует три основных типаэлектрооптические модуляторыНа рынке представлены: модуляторы на основе кремния, модуляторы на основе фосфида индия и тонкопленочные модуляторы.модулятор ниобата литияСреди них кремний не обладает прямым электрооптическим коэффициентом, его характеристики более универсальны и подходят только для производства модуляторов приемопередающих модулей для передачи данных на короткие расстояния; фосфид индия, хотя и подходит для приемопередающих модулей оптических сетей связи на средние и дальние расстояния, но предъявляет чрезвычайно высокие требования к процессу интеграции, имеет относительно высокую стоимость и ограниченную область применения. В отличие от других материалов, кристалл ниобата лития не только богат фотоэлектрическими эффектами (фоторефракционный эффект, нелинейный эффект, электрооптический эффект, акустико-оптический эффект, пьезоэлектрический эффект и термоэлектрический эффект равны одному, но и благодаря своей кристаллической структуре и богатой дефектной структуре многие свойства ниобата лития могут быть значительно регулированы путем изменения кристаллического состава, легирования элементами, контроля валентного состояния и т. д. Он обладает превосходными фотоэлектрическими характеристиками, такими как электрооптический коэффициент до 30,9 пм/В, значительно превышающий коэффициент фосфида индия, а также малым эффектом частотной модуляции (эффект частотной модуляции: явление, при котором частота внутри импульса изменяется со временем в процессе передачи лазерного импульса. Больший эффект частотной модуляции приводит к более низкому отношению сигнал/шум и нелинейному эффекту), хорошим коэффициентом подавления (среднее отношение мощности сигнала в «включенном» состоянии к его «выключенному» состоянию) и превосходной стабильностью устройства. Кроме того, механизм работы тонкопленочного модулятора на основе ниобата лития отличается от механизма работы модуляторов на основе кремния и фосфида индия, использующих нелинейные методы модуляции. В последнем случае для загрузки электрически модулированного сигнала на оптическую носитель используется линейный электрооптический эффект, а скорость модуляции в основном определяется характеристиками микроволнового электрода, что позволяет достичь более высокой скорости и линейности модуляции, а также более низкого энергопотребления. Исходя из вышеизложенного, ниобат лития стал идеальным выбором для создания высокоэффективных электрооптических модуляторов, имеющих широкий спектр применения в когерентных оптических сетях связи 100G/400G и сверхскоростных центрах обработки данных, и позволяющих достигать больших расстояний передачи — более 100 километров.
Ниобат лития, как революционный материал «фотонной революции», несмотря на множество преимуществ по сравнению с фосфидом кремния и индия, часто используется в устройствах в виде объемного материала, свет ограничен плоским волноводом, образованным ионной диффузией или протонным обменом, разница показателей преломления обычно относительно мала (около 0,02), а размеры устройств относительно велики. Это затрудняет удовлетворение потребностей в миниатюризации и интеграции.оптические устройстваКроме того, производственная линия по-прежнему отличается от реальной технологической линии микроэлектроники, и существует проблема высокой стоимости, поэтому формирование тонких пленок является важным направлением развития ниобата лития, используемого в электрооптических модуляторах.
Дата публикации: 24 декабря 2024 г.