Одним из важнейших свойств оптического модулятора является его скорость модуляции или полоса пропускания, которая должна быть как минимум такой же быстрой, как и у доступной электроники. Транзисторы с частотами пропускания, значительно превышающими 100 ГГц, уже были продемонстрированы в 90-нм кремниевой технологии, и скорость будет увеличиваться по мере уменьшения минимального размера элемента [1]. Однако полоса пропускания современных модуляторов на основе кремния ограничена. Кремний не обладает χ(2)-нелинейностью из-за своей центросимметричной кристаллической структуры. Использование напряженного кремния уже привело к интересным результатам [2], но нелинейности пока не позволяют создавать практические устройства. Поэтому современные кремниевые фотонные модуляторы по-прежнему полагаются на дисперсию свободных носителей в pn- или pin-переходах [3–5]. Было показано, что переходы с прямым смещением демонстрируют произведение напряжения на длину всего лишь VπL = 0,36 В мм, но скорость модуляции ограничена динамикой неосновных носителей. Тем не менее, скорости передачи данных 10 Гбит/с были получены с помощью предварительного выделения электрического сигнала [4]. Используя вместо этого обратно смещенные переходы, полоса пропускания была увеличена примерно до 30 ГГц [5,6], но произведение напряжения на длину возросло до VπL = 40 В мм. К сожалению, такие фазовые модуляторы с плазменным эффектом также производят нежелательную модуляцию интенсивности [7], и они нелинейно реагируют на приложенное напряжение. Однако расширенные форматы модуляции, такие как QAM, требуют линейного отклика и чистой фазовой модуляции, что делает эксплуатацию электрооптического эффекта (эффект Поккельса [8]) особенно желательной.
2. Подход SOH
Недавно был предложен подход кремний-органического гибрида (SOH) [9–12]. Пример модулятора SOH показан на рис. 1(a). 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, чтобы избежать оптических потерь [13], рис. 1(b). Устройство покрыто электрооптическим органическим материалом, который равномерно заполняет щель. Модулирующее напряжение переносится металлическим электрическим волноводом и падает по щели благодаря проводящим кремниевым полоскам. Затем результирующее электрическое поле изменяет 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 по порядку величины равны диэлектрической прочности большинства материалов. Структура имеет высокую эффективность модуляции, поскольку и модулирующее, и оптическое поля сосредоточены внутри щели, рис. 1(b) [14]. Действительно, уже были показаны первые реализации модуляторов SOH с субвольтовым режимом работы [11], и была продемонстрирована синусоидальная модуляция до 40 ГГц [15,16]. Однако проблема при создании низковольтных высокоскоростных модуляторов SOH заключается в создании высокопроводящей соединительной полосы. В эквивалентной схеме щель может быть представлена конденсатором C, а проводящие полосы — резисторами R, рис. 1(b). Соответствующая постоянная времени RC определяет полосу пропускания устройства [10,14,17,18]. Для того чтобы уменьшить сопротивление R, было предложено легировать кремниевые полоски [10,14]. В то время как легирование увеличивает проводимость кремниевых полосок (и, следовательно, увеличивает оптические потери), мы платим дополнительные потери, поскольку подвижность электронов ухудшается из-за рассеяния примесей [10,14,19]. Более того, последние попытки изготовления показали неожиданно низкую проводимость.
Beijing Rofea Optoelectronics Co., Ltd., расположенная в «Кремниевой долине» Китая — Пекин Чжунгуаньцунь, является высокотехнологичным предприятием, предназначенным для обслуживания отечественных и зарубежных научно-исследовательских учреждений, научно-исследовательских институтов, университетов и научно-исследовательского персонала предприятий. Наша компания в основном занимается независимыми исследованиями и разработками, проектированием, производством, продажей оптоэлектронной продукции, а также предоставляет инновационные решения и профессиональные, персонализированные услуги для научных исследователей и промышленных инженеров. После многих лет независимых инноваций она сформировала богатую и совершенную серию фотоэлектрических продуктов, которые широко используются в муниципальной, военной, транспортной, электроэнергетической, финансовой, образовательной, медицинской и других отраслях.
Мы будем рады сотрудничеству с Вами!
Время публикации: 29-мар-2023