Одним из наиболее важных свойств оптического модулятора является его скорость модуляции или полоса пропускания, которая должна быть как минимум такой же быстрой, как и у доступной электроники. Транзисторы, имеющие транзитные частоты значительно выше 100 ГГц, уже были продемонстрированы в кремниевой технологии 90 нм, и скорость будет еще больше увеличиваться по мере уменьшения минимального размера элемента [1]. Однако полоса пропускания современных кремниевых модуляторов ограничена. Кремний не обладает χ(2)-нелинейностью из-за своей центросимметричной кристаллической структуры. Использование деформированного кремния уже привело к интересным результатам [2], но нелинейности пока не позволяют реализовать практические устройства. Поэтому современные кремниевые фотонные модуляторы по-прежнему основаны на дисперсии свободных носителей в pn- или pin-переходах [3–5]. Было показано, что прямосмещенные переходы демонстрируют низкое произведение напряжения на длину, составляющее VπL = 0,36 В мм, но скорость модуляции ограничена динамикой неосновных несущих. Тем не менее, скорость передачи данных 10 Гбит/с была получена с помощью предыскажения электрического сигнала [4]. Используя вместо этого переходы с обратным смещением, полоса пропускания была увеличена примерно до 30 ГГц [5,6], но произведение напряжения на длину выросло до VπL = 40 В мм. К сожалению, такие фазовые модуляторы плазменного эффекта также вызывают нежелательную модуляцию интенсивности [7] и нелинейно реагируют на приложенное напряжение. Однако расширенные форматы модуляции, такие как QAM, требуют линейного отклика и чисто фазовой модуляции, что делает использование электрооптического эффекта (эффекта Поккельса [8]) особенно желательным.
2. Подход SOH
Недавно был предложен подход кремний-органического гибрида (SOH) [9–12]. Пример модулятора SOH показан на рис. 1(а). Он состоит из щелевого волновода, направляющего оптическое поле, и двух кремниевых полосок, которые электрически соединяют оптический волновод с металлическими электродами. Электроды расположены вне оптического модального поля во избежание оптических потерь [13], рис. 1(б). Устройство покрыто электрооптическим органическим материалом, который равномерно заполняет слот. Модулирующее напряжение передается по металлическому электрическому волноводу и падает по щели благодаря проводящим кремниевым полоскам. Возникающее в результате электрическое поле затем меняет показатель преломления в щели посредством сверхбыстрого электрооптического эффекта. Поскольку щель имеет ширину порядка 100 нм, нескольких вольт достаточно для создания очень сильных модулирующих полей, которые примерно соответствуют диэлектрической прочности большинства материалов. Структура имеет высокую эффективность модуляции, поскольку как модулирующее, так и оптическое поля сосредоточены внутри щели, рис. 1(б) [14]. Действительно, уже были показаны первые реализации модуляторов SOH с субвольтным режимом работы [11] и продемонстрирована синусоидальная модуляция до 40 ГГц [15,16]. Однако задача создания низковольтных высокоскоростных модуляторов SOH заключается в создании соединительной полосы с высокой проводимостью. В эквивалентной схеме щель может быть представлена конденсатором C, а проводящие полоски — резисторами R, рис. 1(б). Соответствующая постоянная времени RC определяет полосу пропускания устройства [10,14,17,18]. Для уменьшения сопротивления R предложено легировать полоски кремния [10,14]. Хотя легирование увеличивает проводимость кремниевых полосок (и, следовательно, увеличивает оптические потери), приходится платить дополнительный штраф за потери, поскольку подвижность электронов ухудшается из-за рассеяния на примесях [10,14,19]. Более того, самые последние попытки изготовления показали неожиданно низкую проводимость.
Компания Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., расположенная в «Силиконовой долине» Китая – Пекин Чжунгуаньцунь, является высокотехнологичным предприятием, специализирующимся на обслуживании отечественных и зарубежных исследовательских институтов, исследовательских институтов, университетов и научно-исследовательского персонала предприятий. Наша компания в основном занимается независимыми исследованиями и разработками, проектированием, производством и продажей оптоэлектронной продукции, а также предоставляет инновационные решения и профессиональные персонализированные услуги для научных исследователей и промышленных инженеров. После многих лет независимых инноваций компания сформировала богатую и совершенную серию фотоэлектрических продуктов, которые широко используются в муниципальной, военной, транспортной, электроэнергетической, финансовой, образовательной, медицинской и других отраслях.
Мы надеемся на сотрудничество с вами!
Время публикации: 29 марта 2023 г.