Высокопроизводительный электрооптический модулятор: тонкопленочный модулятор на основе ниобата лития

Высокопроизводительный электрооптический модулятор:тонкопленочный модулятор на основе ниобата лития

Электрооптический модулятор (модулятор ЭОМ) – это модулятор, созданный на основе электрооптического эффекта некоторых электрооптических кристаллов, который может преобразовывать высокоскоростные электронные сигналы в устройствах связи в оптические. При воздействии на электрооптический кристалл электрического поля изменяется его показатель преломления, а вместе с ним и оптические волновые характеристики кристалла, что позволяет осуществлять модуляцию амплитуды, фазы и состояния поляризации оптического сигнала и преобразовывать высокоскоростной электронный сигнал в устройстве связи в оптический посредством модуляции.

В настоящее время существует три основных типаэлектрооптические модуляторына рынке: модуляторы на основе кремния, модуляторы на основе фосфида индия и тонкопленочныемодулятор на основе ниобата литияСреди них кремний не имеет прямого электрооптического коэффициента, его характеристики более общие, он подходит только для производства модуляторов приемопередатчиков для передачи данных на короткие расстояния, а фосфид индия подходит для модулей приемопередатчиков оптических сетей связи на средние и большие расстояния, но требования к процессу интеграции чрезвычайно высоки, стоимость относительно высока, а применение имеет определенные ограничения. Напротив, кристалл ниобата лития не только богат фотоэлектрическим эффектом, установленным фоторефрактивным эффектом, нелинейным эффектом, электрооптическим эффектом, акустооптическим эффектом, пьезоэлектрическим эффектом и термоэлектрическим эффектом, равными единице, и благодаря своей решеточной структуре и богатой дефектной структуре многие свойства ниобата лития могут в значительной степени регулироваться составом кристалла, легированием элементами, контролем валентного состояния и т. д. Достигаются превосходные фотоэлектрические характеристики, такие как электрооптический коэффициент до 30,9 пм/В, что значительно выше, чем у фосфида индия, и имеет небольшой эффект чирпа (эффект чирпа: относится к явлению, при котором частота внутри импульса изменяется со временем в процессе передачи лазерного импульса. Больший эффект чирпа приводит к меньшему отношению сигнал/шум и нелинейному эффекту), хороший коэффициент затухания (среднее отношение мощности сигнала «включенного» состояния к его «выключенному» состоянию) и превосходная стабильность устройства. Кроме того, механизм работы тонкопленочного модулятора на основе ниобата лития отличается от механизма работы модулятора на основе кремния и модулятора на основе фосфида индия, использующих методы нелинейной модуляции. В этом случае для загрузки электрически модулированного сигнала на оптический носитель используется линейный электрооптический эффект, а скорость модуляции в основном определяется характеристиками микроволнового электрода, что позволяет достичь более высокой скорости модуляции и линейности, а также более низкого энергопотребления. Исходя из вышесказанного, ниобат лития стал идеальным выбором для изготовления высокопроизводительных электрооптических модуляторов, которые имеют широкий спектр применения в когерентных оптических сетях связи 100G/400G и сверхскоростных центрах обработки данных, обеспечивая передачу данных на большие расстояния, превышающие 100 километров.

Ниобат лития, как революционный материал «фотонной революции», хотя и обладает рядом преимуществ по сравнению с кремнием и фосфидом индия, часто используется в виде объёмного материала в устройствах. Свет ограничен плоским волноводом, образованным диффузией ионов или протонным обменом. Разность показателей преломления обычно относительно мала (около 0,02), а размеры устройств относительно велики. Сложно удовлетворить потребности миниатюризации и интеграции.оптические устройстваи его производственная линия все еще отличается от реальной технологической линии микроэлектроники, а также существует проблема высокой стоимости, поэтому формирование тонких пленок является важным направлением развития ниобата лития, используемого в электрооптических модуляторах.