ເຄື່ອງໂມດູນ electro-optic ແບບປະສົມປະສານຂອງ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆທີ່ສູງກວ່າ

ເສັ້ນຊື່ສູງໂມດູນ electro-opticແລະຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ microwave photon
ດ້ວຍຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຂອງລະບົບການສື່ສານ, ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບການສົ່ງສັນຍານຕື່ມອີກ, ປະຊາຊົນຈະ fuse photons ແລະ electrons ເພື່ອບັນລຸຄວາມໄດ້ປຽບເພີ່ມເຕີມ, ແລະ microwave photonics ຈະເກີດ. Electro-optical modulator ແມ່ນຈໍາເປັນສໍາລັບການປ່ຽນໄຟຟ້າໄປສູ່ແສງສະຫວ່າງລະບົບໄມໂຄເວຟ photonic, ແລະຂັ້ນຕອນທີ່ສໍາຄັນນີ້ມັກຈະກໍານົດການປະຕິບັດຂອງລະບົບທັງຫມົດ. ນັບຕັ້ງແຕ່ການແປງສັນຍານຄວາມຖີ່ວິທະຍຸກັບໂດເມນ optical ແມ່ນຂະບວນການສັນຍານການປຽບທຽບ, ແລະທໍາມະດາໂມດູເລເຕີ electro-opticalມີ nonlinearity ປະກົດຂຶ້ນ, ມີການບິດເບືອນສັນຍານທີ່ຮ້າຍແຮງໃນຂະບວນການປ່ຽນໃຈເຫລື້ອມໃສ. ເພື່ອບັນລຸການໂມດູນແບບເສັ້ນໂດຍປະມານ, ຈຸດປະຕິບັດງານຂອງໂມດູເລເຕີມັກຈະຖືກສ້ອມແຊມຢູ່ທີ່ຈຸດອະຄະຕິຂອງ orthogonal, ແຕ່ມັນຍັງບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ໄມໂຄເວຟໂຟຕອນສໍາລັບເສັ້ນຂອງໂມດູເລເຕີ. Electro-optic modulators ທີ່ມີ linearity ສູງແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນອັນຮີບດ່ວນ.

ການດັດແປງດັດຊະນີສະທ້ອນແສງຄວາມໄວສູງຂອງວັດສະດຸຊິລິໂຄນແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍປົກກະຕິໂດຍຜົນກະທົບຂອງ plasma dispersion (FCD) ຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການຟຣີ. ທັງຜົນກະທົບ FCD ແລະ PN junction modulation ແມ່ນບໍ່ມີເສັ້ນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ໂມດູນຊິລິໂຄນມີເສັ້ນຫນ້ອຍກວ່າໂມດູນ lithium niobate. ວັດສະດຸ lithium niobate ສະແດງໃຫ້ເຫັນທີ່ດີເລີດໂມດູນ electro-opticalຄຸນສົມບັດເນື່ອງຈາກຜົນກະທົບ Pucker ຂອງເຂົາເຈົ້າ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ວັດສະດຸ lithium niobate ມີຄວາມໄດ້ປຽບຂອງແບນວິດຂະຫນາດໃຫຍ່, ຄຸນລັກສະນະ modulation ທີ່ດີ, ການສູນເສຍຕ່ໍາ, ການເຊື່ອມໂຍງງ່າຍແລະຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ກັບຂະບວນການ semiconductor, ການນໍາໃຊ້ຮູບເງົາບາງ lithium niobate ເພື່ອເຮັດໃຫ້ modulator electro-optical ປະສິດທິພາບສູງ, ເມື່ອທຽບກັບຊິລິຄອນ. ເກືອບບໍ່ມີ "ແຜ່ນສັ້ນ", ແຕ່ຍັງສາມາດບັນລຸເສັ້ນຊື່ສູງ. ໂມດູນ electro-optic ຟິມ lithium niobate (LNOI) ຢູ່ໃນ insulator ໄດ້ກາຍເປັນທິດທາງການພັດທະນາທີ່ດີ. ດ້ວຍການພັດທະນາເທກໂນໂລຍີການກະກຽມວັດສະດຸ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆແລະເທກໂນໂລຍີ waveguide etching, ປະສິດທິພາບການປ່ຽນໃຈເຫລື້ອມໃສສູງແລະການເຊື່ອມໂຍງທີ່ສູງຂຶ້ນຂອງໂມດູນ electro-optic ຮູບເງົາບາງ lithium niobate ໄດ້ກາຍເປັນພາກສະຫນາມຂອງນັກວິຊາການແລະອຸດສາຫະກໍາສາກົນ.

ຄຸນລັກສະນະຂອງ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆ
ໃນປະເທດສະຫະລັດອາເມລິກາ, ການວາງແຜນ DAP AR ໄດ້ເຮັດໃຫ້ການປະເມີນຜົນຕໍ່ໄປນີ້ຂອງວັດສະດຸ lithium niobate: ຖ້າສູນກາງຂອງການປະຕິວັດເອເລັກໂຕຣນິກຖືກຕັ້ງຊື່ຕາມວັດສະດຸຊິລິໂຄນທີ່ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນໄປໄດ້, ສະຖານທີ່ເກີດຂອງການປະຕິວັດ photonics ອາດຈະຖືກຕັ້ງຊື່ຕາມ lithium niobate. . ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າ lithium niobate ປະສົມປະສານຜົນກະທົບ electro-optical, ຜົນກະທົບ acousto-optical, ຜົນກະທົບ piezoelectric, ຜົນກະທົບ thermoelectric ແລະຜົນກະທົບ photorefractive ໃນຫນຶ່ງ, ຄືກັນກັບວັດສະດຸ silicon ໃນພາກສະຫນາມຂອງ optics.

ໃນແງ່ຂອງຄຸນລັກສະນະການສົ່ງຜ່ານ optical, ອຸປະກອນ InP ມີການສູນເສຍການສົ່ງຕໍ່ chip ທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດເນື່ອງຈາກການດູດຊຶມຂອງແສງສະຫວ່າງໃນແຖບ 1550nm ທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປ. SiO2 ແລະ silicon nitride ມີລັກສະນະການສົ່ງຜ່ານທີ່ດີທີ່ສຸດ, ແລະການສູນເສຍສາມາດບັນລຸລະດັບຂອງ ~ 0.01dB / cm; ໃນປັດຈຸບັນ, ການສູນເສຍຄູ່ມື waveguide ຂອງ lithium niobate waveguide ບາງໆສາມາດບັນລຸລະດັບຂອງ 0.03dB / cm, ແລະການສູນເສຍຂອງ lithium niobate waveguide ຟິມບາງມີທ່າແຮງທີ່ຈະຫຼຸດລົງຕື່ມອີກດ້ວຍການປັບປຸງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຂອງລະດັບເຕັກໂນໂລຢີ. ອະນາຄົດ. ດັ່ງນັ້ນ, ວັດສະດຸ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆຈະສະແດງໃຫ້ເຫັນການປະຕິບັດທີ່ດີສໍາລັບໂຄງສ້າງແສງສະຫວ່າງຕົວຕັ້ງຕົວຕີເຊັ່ນເສັ້ນທາງການສັງເຄາະແສງ, shunt ແລະ microring.

ໃນແງ່ຂອງການຜະລິດແສງສະຫວ່າງ, ພຽງແຕ່ InP ມີຄວາມສາມາດປ່ອຍແສງສະຫວ່າງໂດຍກົງ; ດັ່ງນັ້ນ, ສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງໄມໂຄເວຟ photons, ມັນຈໍາເປັນຕ້ອງໄດ້ແນະນໍາແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງຂອງ InP ໃນຊິບປະສົມປະສານ photonic ທີ່ອີງໃສ່ LNOI ໂດຍວິທີການຂອງການເຊື່ອມໂລຫະ backloading ຫຼືການຂະຫຍາຍຕົວ epitaxial. ໃນແງ່ຂອງໂມດູນແສງສະຫວ່າງ, ມັນໄດ້ຖືກເນັ້ນຫນັກຂ້າງເທິງວ່າວັດສະດຸ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆແມ່ນງ່າຍຕໍ່ການບັນລຸແບນວິດຂອງໂມດູນທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ, ແຮງດັນເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງຄື້ນຕ່ໍາແລະການສູນເສຍສາຍສົ່ງຕ່ໍາກວ່າ InP ແລະ Si. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເສັ້ນສູງຂອງໂມດູນ electro-optical ຂອງວັດສະດຸ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນສໍາລັບທຸກຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ microwave photon.

ໃນແງ່ຂອງເສັ້ນທາງ optical, ການຕອບສະ ໜອງ electro-optical ຄວາມໄວສູງຂອງວັດສະດຸ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆເຮັດໃຫ້ສະຫຼັບ optical ທີ່ອີງໃສ່ LNOI ສາມາດປ່ຽນເສັ້ນທາງ optical ຄວາມໄວສູງ, ແລະການບໍລິໂພກພະລັງງານຂອງສະຫຼັບຄວາມໄວສູງດັ່ງກ່າວຍັງຕໍ່າຫຼາຍ. ສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທົ່ວໄປຂອງເຕັກໂນໂລຊີ microwave photon ປະສົມປະສານ, ຊິບ beamforming ຄວບຄຸມ optically ມີຄວາມສາມາດໃນການສະຫຼັບຄວາມໄວສູງເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງການສະແກນ beam ໄດ້ໄວ, ແລະລັກສະນະຂອງການໃຊ້ພະລັງງານຕ່ໍາສຸດແມ່ນປັບຕົວເຂົ້າກັບຄວາມຕ້ອງການທີ່ເຄັ່ງຄັດຂອງຂະຫນາດໃຫຍ່. - ລະ​ບົບ​ອາ​ເຣ phased ຂະ​ຫນາດ​. ເຖິງແມ່ນວ່າສະຫຼັບ optical ທີ່ອີງໃສ່ InP ຍັງສາມາດຮັບຮູ້ການປ່ຽນເສັ້ນທາງ optical ຄວາມໄວສູງ, ມັນຈະແນະນໍາສິ່ງລົບກວນຂະຫນາດໃຫຍ່, ໂດຍສະເພາະແມ່ນໃນເວລາທີ່ສະຫຼັບ optical multilevel ຖືກ cascaded, ຄ່າສໍາປະສິດຂອງສິ່ງລົບກວນຈະ deteriorate ຢ່າງຮຸນແຮງ. ວັດສະດຸ Silicon, SiO2 ແລະ silicon nitride ພຽງແຕ່ສາມາດປ່ຽນເສັ້ນທາງ optical ຜ່ານ thermo-optical effect ຫຼື carrier dispersion effect, ເຊິ່ງມີຂໍ້ເສຍຂອງການບໍລິໂພກພະລັງງານສູງແລະຄວາມໄວການປ່ຽນຊ້າ. ເມື່ອຂະຫນາດອາເຣຂອງອາເຣ phased ມີຂະຫນາດໃຫຍ່, ມັນບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງການໃຊ້ພະລັງງານ.

ໃນແງ່ຂອງການຂະຫຍາຍ optical, ໄດ້ເຄື່ອງຂະຫຍາຍແສງ semiconductor (SOA) ໂດຍອີງໃສ່ InP ໄດ້ແກ່ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ທາງການຄ້າ, ແຕ່ມັນມີຂໍ້ເສຍຂອງຄ່າສໍາປະສິດສຽງສູງແລະພະລັງງານການອີ່ມຕົວຕ່ໍາ, ເຊິ່ງບໍ່ເອື້ອອໍານວຍໃຫ້ກັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງ photons microwave ໄດ້. ຂະບວນການຂະຫຍາຍພາຣາມິເຕີຂອງແຜ່ນບາງໆ lithium niobate waveguide ໂດຍອີງໃສ່ການກະຕຸ້ນແຕ່ລະໄລຍະແລະການປີ້ນກັນສາມາດບັນລຸສິ່ງລົບກວນຕ່ໍາແລະພະລັງງານສູງໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍ optical ຊິບ, ເຊິ່ງສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງເຕັກໂນໂລຊີ microwave photon ປະສົມປະສານສໍາລັບການຂະຫຍາຍ optical on-chip.

ໃນແງ່ຂອງການກວດສອບແສງສະຫວ່າງ, ແຜ່ນບາງໆ lithium niobate ມີລັກສະນະການສົ່ງສັນຍານທີ່ດີກັບແສງສະຫວ່າງໃນແຖບ 1550 nm. ຫນ້າທີ່ຂອງການແປງ photoelectric ບໍ່ສາມາດຮັບຮູ້ໄດ້, ສະນັ້ນສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ microwave photon, ເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງການແປງ photoelectric ໃນ chip. ຫນ່ວຍກວດຈັບ InGaAs ຫຼື Ge-Si ຕ້ອງໄດ້ຮັບການນໍາສະເຫນີກ່ຽວກັບ chip ປະສົມປະສານ photonic ໂດຍອີງໃສ່ LNOI ໂດຍການເຊື່ອມ backloading ຫຼືການຂະຫຍາຍຕົວ epitaxial. ໃນແງ່ຂອງການ coupling ກັບເສັ້ນໄຍ optical, ເນື່ອງຈາກວ່າເສັ້ນໄຍ optical ຕົວຂອງມັນເອງເປັນວັດສະດຸ SiO2, ພາກສະຫນາມ mode ຂອງ SiO2 waveguide ມີລະດັບການຈັບຄູ່ທີ່ສູງທີ່ສຸດກັບພາກສະຫນາມ mode ຂອງເສັ້ນໄຍ optical, ແລະການ coupling ແມ່ນສະດວກທີ່ສຸດ. ເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງພາກສະຫນາມ mode ຂອງ waveguide ຈໍາກັດທີ່ເຂັ້ມແຂງຂອງ lithium niobate ຮູບເງົາບາງແມ່ນປະມານ 1μm, ເຊິ່ງຂ້ອນຂ້າງແຕກຕ່າງຈາກພາກສະຫນາມຮູບແບບຂອງເສັ້ນໄຍ optical, ສະນັ້ນການຫັນປ່ຽນຈຸດຮູບແບບທີ່ເຫມາະສົມຕ້ອງໄດ້ຮັບການປະຕິບັດເພື່ອໃຫ້ກົງກັບພາກສະຫນາມ mode ຂອງເສັ້ນໄຍ optical.

ໃນແງ່ຂອງການເຊື່ອມໂຍງ, ບໍ່ວ່າຈະເປັນວັດສະດຸຕ່າງໆທີ່ມີທ່າແຮງການເຊື່ອມໂຍງສູງແມ່ນຂຶ້ນກັບລັດສະໝີຂອງເສັ້ນໂຄ້ງຂອງ waveguide (ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກຂໍ້ ຈຳ ກັດຂອງສະ ໜາມ ຮູບແບບ waveguide). waveguide ທີ່ຖືກຈໍາກັດຢ່າງແຂງແຮງອະນຸຍາດໃຫ້ມີລັດສະໝີງໍຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການລວມຕົວຂອງຕົວຈິງຫຼາຍຂຶ້ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ແຜ່ນບາງໆ lithium niobate waveguides ມີທ່າແຮງທີ່ຈະບັນລຸການເຊື່ອມໂຍງສູງ. ເພາະສະນັ້ນ, ຮູບລັກສະນະຂອງ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆເຮັດໃຫ້ມັນເປັນໄປໄດ້ສໍາລັບວັດສະດຸ lithium niobate ທີ່ຈະມີບົດບາດຂອງ optical "ຊິລິໂຄນ". ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ photons microwave, ຂໍ້ດີຂອງ lithium niobate ຮູບເງົາບາງແມ່ນຈະແຈ້ງກວ່າ.