Высокопроизводительный электрооптический модулятор: тонкопленочный модулятор на основе ниобата лития

Высокопроизводительный электрооптический модулятор:тонкопленочный модулятор на основе ниобата лития

Электрооптический модулятор (модулятор ЭОМ) представляет собой модулятор, изготовленный с использованием электрооптического эффекта определенных электрооптических кристаллов, который может преобразовывать высокоскоростные электронные сигналы в устройствах связи в оптические сигналы. Когда электрооптический кристалл подвергается воздействию приложенного электрического поля, показатель преломления электрооптического кристалла изменится, и оптические волновые характеристики кристалла также изменятся соответствующим образом, чтобы реализовать модуляцию амплитуды, фазы и состояния поляризации оптического сигнала и преобразовать высокоскоростной электронный сигнал в устройстве связи в оптический сигнал 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, производительность более общая, подходит только для производства модуля приемопередатчика модуля передачи данных на короткие расстояния, фосфид индия, хотя и подходит для модуля приемопередатчика оптической сети связи на средние и большие расстояния, но требования к процессу интеграции чрезвычайно высоки, стоимость относительно высока, 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 более низкому 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, рабочий механизм тонкопленочного модулятора на основе ниобата лития отличается от механизма работы модулятора на основе кремния и модулятора на основе фосфида индия, использующего методы нелинейной модуляции, который использует линейный электрооптический эффект для загрузки электрически модулированного сигнала на оптический носитель, а скорость модуляции в основном определяется производительностью микроволнового электрода, поэтому можно 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 и могут достигать больших расстояний передачи более 100 километров.

Ниобат лития как подрывной материал «фотонной революции», хотя по сравнению с кремнием и фосфидом индия имеет много преимуществ, но он часто появляется в виде объемного материала в устройстве, свет ограничен плоским волноводом, образованным диффузией ионов или обменом протонов, разность показателей преломления обычно относительно мала (около 0,02), размер устройства относительно велик. Трудно удовлетворить потребности миниатюризации и интеграцииоптические устройства, и его производственная линия все еще отличается от фактической технологической линии микроэлектроники, и существует проблема высокой стоимости, поэтому формирование тонких пленок является важным направлением развития ниобата лития, используемого в электрооптических модуляторах.