Афзалиятҳо ва аҳамияти филми тунуки ниобати литий дар технологияи ҳамгирошудаи фотон печи
Технологияи фотонҳои микроволновкадорои бартариҳои фарохмаҷрои калони корӣ, қобилияти коркарди мувозӣ ва талафоти ками интиқол, ки дорои потенсиали шикастани мушкилии техникии системаи анъанавии микромавҷ ва беҳтар кардани кори таҷҳизоти электронии ҳарбӣ ба монанди радар, ҷанги электронӣ, алоқа ва андозагирӣ ва назорат мебошад. 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 хилофи хатти баланд ва хусусиятҳои бузурги динамикӣ мебошад, ки технологияи фотонҳои микромавҷиро пайгирӣ мекунад; Масалан, коммутатори оптикии кремний, ки гузариши роҳи оптикиро амалӣ мекунад, новобаста аз он ки ба эффекти гармидиҳӣ-оптикӣ, эффекти пьезоэлектрикӣ ё эффекти дисперсияи интиқолдиҳанда асос ёфтааст, мушкилоти суръати сусти коммутатсионӣ, истеъмоли қувваи барқ ва истеъмоли гармиро дорад, ки ба сканкунии босуръати чӯб ва барномаҳои миқёси калони массиви фотонҳо ҷавобгӯ нестанд.
Ниобати литий ҳамеша интихоби аввалин барои суръати баланд будмодуляцияи электро-оптикйматериалхо аз сабаби таъсири аълои хатти электро-оптикии он. 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 тадқиқотии Донишгоҳи Ҳарвард дар Иёлоти Муттаҳида бори аввал дар бораи технологияи ҳамгироии фотоникӣ дар асоси ниобати тунуки ниобати литий дар табиат гузориш дод, зеро технология бартариҳои ҳамгироии баланд, фарохмаҷрои бузурги модулятсияи электро-оптикӣ ва хатти баланди эффекти электро-оптикиро дорад, ки пас аз ба кор даромадан, он дарҳол таваҷҷӯҳи соҳаи аксбардории академӣ ва саноатиро ба интегратсияи фотоавтофония 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 ниобатии литий бо усули "буридаи ионӣ" пошида мешавад ва ба вафли Si бо қабати буферии кремний пайваст карда мешавад, то LNOI (материали LiNbO3) -ро ташкил диҳад, маводи ниобати литий дар ин мақола. Роҳнамои мавҷҳои қаторкӯҳҳои дорои баландии зиёда аз 100 нанометрро тавассути раванди оптимизатсияи оптимизатсияшуда дар маводи ниобатии литийи литийӣ дар қабати лоғар сабт кардан мумкин аст ва фарқияти самарабахши шохиси шикастани мавҷҳои мавҷҳо ба беш аз 0,8 мерасад (аз фарқияти шохиси шикастани литий ниобат хеле баландтар аст). Роҳнамои мавҷҳои маҳдуд ҳангоми тарҳрезии модулятор мувофиқати майдони рӯшноиро бо майдони 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, хамчун санги асосии оптоэлектроникаи интегралй, то хол кор карда баромада шудааст, процесс пухтааст, миниатюрикунонии он ба интеграцияи васеи дастгоххои фаъол/пассив мусоидат мекунад ва модулятори он дар сохаи алокаи оптики васеъ ва чукур омухта шудааст. Механизми электро-оптикии модуляцияи 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 камшавӣ мувофиқат мекунад, ин таъсир таҳрифи ғайрихаттии дараҷаи дуюм ва шартҳои таҳрифи интермодуляцияи дараҷаи сеюмро ба вуҷуд меорад, ки дар якҷоягӣ бо таъсири азхудкунии интиқолдиҳанда ба нур ва азнавсозии сигнал оварда мерасонад. ғалат кардан.
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 рақамии оптикии 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