Афзалиятҳо ва аҳамияти филми тунуки ниобати литий дар технологияи ҳамгирошудаи фотонҳои микроволновка
Технологияи фотонҳои микроволновкаБартариҳои маҷрои калони корӣ, қобилияти коркарди қавии параллелӣ ва талафоти ками интиқолро дорад, ки дорои потенсиали шикастани монеаҳои техникии системаи анъанавии печи ва беҳтар кардани кори таҷҳизоти электронии иттилоотии ҳарбӣ ба монанди радар, ҷанги электронӣ, алоқа ва андозагирӣ ва назорат. Бо вуҷуди ин, системаи фотонҳои микромавҷӣ, ки ба дастгоҳҳои дискретӣ асос ёфтааст, дорои баъзе мушкилотест, аз қабили ҳаҷми калон, вазни вазнин ва устувории суст, ки истифодаи технологияи фотонҳои микромавҷро дар платформаҳои кайҳонӣ ва ҳавоӣ ба таври ҷиддӣ маҳдуд мекунанд. Аз ин рӯ, технологияи ҳамгирошудаи фотонҳои микромавҷӣ ба як дастгирии муҳим барои шикастани татбиқи фотони микромавҷ дар системаи иттилоотии электронии ҳарбӣ табдил меёбад ва ба бартариҳои технологияи фотонҳои микромавҷӣ пурра бозӣ мекунад.
Дар айни замон, технологияи ҳамгироии фотоникӣ дар асоси SI ва технологияи ҳамгироии фотоникӣ дар асоси INP пас аз солҳои рушд дар соҳаи алоқаи оптикӣ бештар ва бештар ба камол расидаанд ва маҳсулоти зиёде ба бозор бароварда шудаанд. Бо вуҷуди ин, барои татбиқи фотон микромавҷӣ, дар ин ду намуди технологияҳои ҳамгироии фотонҳо баъзе мушкилот вуҷуд доранд: масалан, коэффисиенти ғайрихаттии электро-оптикии модулятори Si ва модулятори InP ба хатти баланд ва хусусиятҳои бузурги динамикӣ, ки микроволновка пайгирӣ мекунад, мухолиф аст. технологияи фотон; Масалан, коммутатори оптикии кремний, ки гузариши роҳи оптикиро амалӣ мекунад, хоҳ дар асоси эффекти гармидиҳӣ-оптикӣ, эффекти пьезоэлектрикӣ ё эффекти дисперсияи интиқолдиҳанда, мушкилоти суръати сусти коммутатсионӣ, истеъмоли қувваи барқ ва истеъмоли гармиро дорад, ки ба суръати тез ҷавобгӯ нест. сканкунии чӯбро ва барномаҳои миқёси калони массивҳои фотонҳои микроволновка.
Ниобати литий ҳамеша интихоби аввалин барои суръати баланд будмодуляцияи электро-оптикйматериалхо аз сабаби таъсири аълои электро-оптикии хаттй. Бо вуҷуди ин, ниобати анъанавии литиймодулятори электро-оптикйаз маводи булӯри азими ниобатии литий сохта шудааст ва андозаи дастгоҳ хеле калон аст, ки ба ниёзҳои технологияи ҳамгирошудаи фотонҳои микроволновка қонеъ карда наметавонад. Чӣ тавр муттаҳид кардани маводи ниобати литий бо коэффисиенти хаттии электро-оптикӣ ба системаи ҳамгирошудаи технологияи фотонҳои микромавҷӣ ҳадафи муҳаққиқони дахлдор шудааст. Дар соли 2018, як гурӯҳи тадқиқотӣ аз Донишгоҳи Ҳарвард дар Иёлоти Муттаҳида бори аввал дар бораи технологияи ҳамгироии фотоникӣ дар асоси ниобати тунуки литий дар табиат гузориш дод, зеро технология бартариҳои ҳамгироии баланд, фарохмаҷрои бузурги модуляцияи электро-оптикӣ ва хатти баланди электротехникиро дорад. -эффекти оптикӣ, ки пас аз ба кор андохта шуданаш, дарҳол таваҷҷӯҳи академӣ ва саноатиро дар соҳаи интегратсияи фотоникӣ ва фотоникаи микроволновка ба вуҷуд овард. Аз нуқтаи назари татбиқи фотонҳои микромавҷӣ, ин мақола таъсир ва аҳамияти технологияи ҳамгироии фотонҳо дар асоси ниобати тунуки литийро дар рушди технологияи фотонҳои микроволновка баррасӣ мекунад.
Маводи ниобатии литийи плёнкаи тунук ва плёнкаи тунукмодулятори ниобати литий
Дар ду соли охир як навъи нави маводи ниобати литий пайдо шуд, яъне плёнкаи ниобати литий аз кристали азими ниобати литий бо усули "буридаи ион" тоза карда мешавад ва ба вафли Си бо қабати буферии кремний пайваст карда мешавад. маводи LNOI (LiNbO3-On-Insulator)-ро ташкил медиҳад [5], ки онро дар ин коғаз маводи ниобатии литийи пардаи тунук меноманд. Роҳнамои мавҷҳои қаторкӯҳҳои дорои баландии беш аз 100 нанометрро тавассути раванди оптимизатсияи оптимизатсияшуда дар маводи ниобатии литийи литийи қабати лоғар сабт кардан мумкин аст ва фарқияти самарабахши шохиси шикастани мавҷҳои ташаккулёфта метавонад ба зиёда аз 0,8 (аз фарқияти шохиси шикастани анъанавӣ хеле баландтар) расад. мавҷҳои мавҷҳои ниобатии литий аз 0,02), тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст. Роҳнамои мавҷҳои сахт маҳдудшуда ҳангоми тарҳрезии модулятор мувофиқати майдони рӯшноиро бо майдони печи печи осонтар мекунад. Ҳамин тариқ, ба даст овардани шиддати камтари ниммавҷ ва маҷрои васеътари модулятсия дар дарозии кӯтоҳтар муфид аст.
Намуди зоҳирии мавҷи субмикронӣ литий ниобати кам талаффузи модулятори электро-оптикии анъанавии ниобати литийро мешиканад. Фосилаи электродро то ~ 5 мкм кам кардан мумкин аст ва такрори байни майдони электрикӣ ва майдони режими оптикӣ хеле зиёд мешавад ва vπ ·L аз зиёда аз 20 В·см ба камтар аз 2,8 В·см кам мешавад. Аз ин рӯ, дар зери як шиддати ниммавҷ дарозии дастгоҳро нисбат ба модулятори анъанавӣ хеле кам кардан мумкин аст. Дар баробари ин, пас аз оптимизатсияи параметрҳои паҳнӣ, ғафсӣ ва фосилаи электроди мавҷи сайёҳӣ, тавре ки дар расм нишон дода шудааст, модулятор метавонад қобилияти фарохмаҷрои ултра-баланди модулятсияро аз 100 ГГц зиёд дошта бошад.
Расми 1 （a） тақсимоти режими ҳисобшуда ва (b) тасвири буриши мавҷи LN
Расми 2 （a） Роҳнамои мавҷ ва сохтори электрод ва （b） панели асосии модулятори LN
Муқоисаи модуляторҳои литий ниобати литий бо модуляторҳои анъанавии тиҷории ниобатии литий, модуляторҳои бар кремний ва модуляторҳои фосфиди индий (InP) ва дигар модуляторҳои баландсуръати электро-оптикии мавҷуда, параметрҳои асосии муқоиса иборатанд аз:
(1) Маҳсулоти дарозии вольти ниммавҷӣ (vπ ·L, V·cm), чен кардани самаранокии модуляцияи модулятор, арзиши хурдтар, самаранокии модуляция баландтар;
(2) 3 дБ фарохмаҷрои модулятсия (ГГц), ки вокуниши модуляторро ба модуляцияи басомади баланд чен мекунад;
(3) Талафоти оптикии воридшавӣ (дБ) дар минтақаи модуляция. Аз ҷадвал дидан мумкин аст, ки модулятори литий ниобатии плёнкаи тунук дар маҷрои модуляция, шиддати ниммавҷ, талафоти оптикии интерполятсионӣ ва ғайра бартариҳои намоён дорад.
Кремний, ҳамчун санги асосии оптоэлектроникаи интегралӣ, то ҳол таҳия шудааст, раванд пухтааст, миниатюризатсияи он ба ҳамгироии васеъмиқёси дастгоҳҳои фаъол/пассивӣ мусоидат мекунад ва модулятори он дар соҳаи оптикӣ васеъ ва амиқ омӯхта шудааст. муошират. Механизми модуляцияи электро-оптикии кремний асосан аз байн рафтани интиқолдиҳанда, тазриқи интиқолдиҳанда ва ҷамъшавии интиқолдиҳанда иборат аст. Дар байни онҳо, фарохмаҷрои модулятор бо механизми камшавии дараҷаи хаттии интиқолдиҳанда оптималӣ аст, аммо азбаски тақсимоти майдони оптикӣ бо якрангии минтақаи тамомшавӣ мувофиқат мекунад, ин таъсир таҳрифи ғайрихаттии дараҷаи дуюм ва таҳрифи интермодуляцияи дараҷаи сеюмро ба вуҷуд меорад. истилоҳот, ки дар якҷоягӣ бо таъсири азхудкунии интиқолдиҳанда ба рӯшноӣ, ки боиси кам шудани амплитудаи модуляцияи оптикӣ ва таҳрифи сигнал мегардад.
Модулятори InP дорои эффектҳои барҷастаи электро-оптикӣ мебошад ва сохтори бисёрқабатаи чоҳи квантӣ метавонад модуляторҳои ултра-баланд ва шиддати пасти ҳаракатро бо Vπ·L то 0,156В · мм амалӣ созад. Аммо, таѓйирёбии нишондињандаи шикастани майдони электрї шартњои хаттї ва ѓайрихатиро дар бар мегирад ва афзоиши шиддатнокии майдони электрї таъсири тартиби дуюмро барљаста месозад. Аз ин рӯ, модуляторҳои электро-оптикии кремний ва InP ҳангоми кор бояд ғаразро истифода баранд, то пайванди pn-ро ташкил кунанд ва пайванди pn талафоти ҷаббидаро ба рӯшноӣ меорад. Аммо, андозаи модулятори ин ду хурд аст, андозаи модулятори тиҷоратии InP 1/4 модулятори LN аст. Самаранокии баланди модуляция, ки барои шабакаҳои интиқоли оптикии рақамии зичии баланд ва масофаи кӯтоҳ, ба монанди марказҳои додаҳо мувофиқ аст. Таъсири электро-оптикии ниобати литий механизми азхудкунии нур ва талафоти кам надорад, ки барои когерентии масофаи дур мувофиқ асталоқаи оптикӣбо иктидори калон ва суръати баланд. Дар барномаи фотонҳои микромавҷӣ коэффисиентҳои электро-оптикии Si ва InP ғайрихаттӣ мебошанд, ки барои системаи фотонҳои микромавҷ, ки хатти баланд ва динамикаи калонро пайгирӣ мекунад, мувофиқ нест. Маводи ниобати литий аз сабаби коэффисиенти комилан хаттии модуляцияи электро-оптикии он барои истифодаи фотонҳои микроволн хеле мувофиқ аст.
Вақти фиристодан: апрел-22-2024