ຂໍ້ໄດ້ປຽບແລະຄວາມສໍາຄັນຂອງຮູບເງົາບາງ lithium niobate ໃນເຕັກໂນໂລຊີ microwave photon ປະສົມປະສານ
ເຕັກໂນໂລຍີໂຟຕອນໄມໂຄເວຟມີຄວາມໄດ້ປຽບຂອງແບນວິດທີ່ເຮັດວຽກຂະຫນາດໃຫຍ່, ຄວາມສາມາດໃນການປຸງແຕ່ງຂະຫນານທີ່ເຂັ້ມແຂງແລະການສູນເສຍສາຍສົ່ງຕ່ໍາ, ເຊິ່ງມີທ່າແຮງທີ່ຈະທໍາລາຍຂໍ້ບົກພ່ອງທາງດ້ານວິຊາການຂອງລະບົບໄມໂຄເວຟແບບດັ້ງເດີມແລະປັບປຸງການປະຕິບັດຂອງອຸປະກອນຂໍ້ມູນຂ່າວສານເອເລັກໂຕຣນິກທາງທະຫານເຊັ່ນ: radar, ສົງຄາມເອເລັກໂຕຣນິກ, ການສື່ສານແລະການວັດແທກແລະ. ການຄວບຄຸມ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ລະບົບໄມໂຄເວຟໂຟຕອນໂດຍອີງໃສ່ອຸປະກອນທີ່ແຍກອອກຈາກກັນມີບັນຫາບາງຢ່າງເຊັ່ນ: ປະລິມານຂະຫນາດໃຫຍ່, ນ້ໍາຫນັກຫນັກແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ບໍ່ດີ, ເຊິ່ງຈໍາກັດຢ່າງຈິງຈັງກັບການນໍາໃຊ້ເຕັກໂນໂລຢີໄມໂຄເວຟໂຟຕອນໃນເວທີທີ່ເກີດຈາກອາວະກາດແລະທາງອາກາດ. ດັ່ງນັ້ນ, ເຕັກໂນໂລຊີ photon microwave ປະສົມປະສານແມ່ນກາຍເປັນສະຫນັບສະຫນູນທີ່ສໍາຄັນທີ່ຈະທໍາລາຍການນໍາໃຊ້ໄມໂຄເວຟ photon ໃນລະບົບຂໍ້ມູນຂ່າວສານເອເລັກໂຕຣນິກທາງທະຫານແລະໃຫ້ຫຼິ້ນຢ່າງເຕັມທີ່ກັບຂໍ້ໄດ້ປຽບຂອງເຕັກໂນໂລຊີ microwave photon.
ໃນປັດຈຸບັນ, ເທກໂນໂລຍີການເຊື່ອມໂຍງ photonic ທີ່ອີງໃສ່ SI ແລະເທກໂນໂລຍີການເຊື່ອມໂຍງ photonic ທີ່ອີງໃສ່ INP ໄດ້ກາຍເປັນຜູ້ໃຫຍ່ຫຼາຍຂື້ນຫຼັງຈາກການພັດທະນາໃນດ້ານການສື່ສານ optical ຫຼາຍປີ, ແລະຜະລິດຕະພັນຈໍານວນຫລາຍໄດ້ຖືກນໍາເຂົ້າສູ່ຕະຫຼາດ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ໄມໂຄເວຟ photon, ມີບັນຫາບາງຢ່າງໃນສອງປະເພດຂອງເຕັກໂນໂລຊີການເຊື່ອມໂຍງ photon: ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, ຕົວຄູນ electro-optical nonlinear ຂອງ Si modulator ແລະ InP modulator ແມ່ນກົງກັນຂ້າມກັບເສັ້ນສູງແລະລັກສະນະການເຄື່ອນໄຫວຂະຫນາດໃຫຍ່ຕິດຕາມໂດຍ microwave. ເຕັກໂນໂລຊີ photon; ຕົວຢ່າງ, ຊິລິໂຄນ optical switch ທີ່ຮັບຮູ້ການປ່ຽນເສັ້ນທາງ optical, ບໍ່ວ່າຈະອີງໃສ່ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນ - optical, ຜົນກະທົບ piezoelectric, ຫຼືຜົນກະທົບການສີດພົ່ນຂອງບັນທຸກ, ມີບັນຫາຂອງຄວາມໄວສະຫຼັບຊ້າ, ການໃຊ້ພະລັງງານແລະການບໍລິໂພກຄວາມຮ້ອນ, ເຊິ່ງບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງໄດ້ໄວ. ການສະແກນ beam ແລະ array ຂະຫນາດຂະຫນາດໃຫຍ່ ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ microwave photon.
Lithium niobate ສະເຫມີເປັນທາງເລືອກທໍາອິດສໍາລັບຄວາມໄວສູງໂມດູນ electro-opticອຸປະກອນການເນື່ອງຈາກວ່າຜົນກະທົບ electro-optic ເສັ້ນທີ່ດີເລີດຂອງຕົນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, lithium niobate ແບບດັ້ງເດີມໂມດູນ electro-opticalແມ່ນເຮັດດ້ວຍວັດສະດຸໄປເຊຍກັນ lithium niobate ຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະຂະຫນາດຂອງອຸປະກອນແມ່ນຂະຫນາດໃຫຍ່ຫຼາຍ, ເຊິ່ງບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງເຕັກໂນໂລຢີ photon microwave ປະສົມປະສານ. ວິທີການປະສົມປະສານວັດສະດຸ lithium niobate ກັບຕົວຄູນ electro-optical linear ເຂົ້າໄປໃນລະບົບເຕັກໂນໂລຊີ microwave photon ປະສົມປະສານໄດ້ກາຍເປັນເປົ້າຫມາຍຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ. ໃນປີ 2018, ທີມງານຄົ້ນຄ້ວາຈາກມະຫາວິທະຍາໄລ Harvard ໃນສະຫະລັດໄດ້ລາຍງານຄັ້ງທໍາອິດກ່ຽວກັບເທກໂນໂລຍີການເຊື່ອມໂຍງ photonic ໂດຍອີງໃສ່ຮູບເງົາບາງໆ lithium niobate ໃນທໍາມະຊາດ, ເນື່ອງຈາກວ່າເຕັກໂນໂລຢີມີຂໍ້ດີຂອງການເຊື່ອມໂຍງສູງ, ແບນວິດໂມດູນ electro-optical ຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະເສັ້ນສາຍສູງຂອງ electro. -optical effect, ເມື່ອເປີດຕົວ, ມັນເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມສົນໃຈທາງວິຊາການແລະອຸດສາຫະກໍາໃນທັນທີທັນໃດໃນການປະສົມປະສານຂອງ photonic ແລະ microwave photonics. ຈາກທັດສະນະຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ photon ໄມໂຄເວຟ, ເອກະສານສະບັບນີ້ທົບທວນຄືນອິດທິພົນແລະຄວາມສໍາຄັນຂອງເຕັກໂນໂລຊີການເຊື່ອມໂຍງ photon ໂດຍອີງໃສ່ຮູບເງົາບາງ lithium niobate ກ່ຽວກັບການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີ microwave photon ໄດ້.
ວັດສະດຸ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆແລະຮູບເງົາບາງໆໂມດູນ lithium niobate
ໃນສອງປີມໍ່ໆມານີ້, ວັດສະດຸ lithium niobate ຊະນິດໃຫມ່ໄດ້ປະກົດຕົວ, ນັ້ນແມ່ນ, ຮູບເງົາ lithium niobate ຖືກຂັດອອກຈາກຜລຶກ lithium niobate ຂະຫນາດໃຫຍ່ໂດຍວິທີການ "slicing ion" ແລະຜູກມັດກັບ Si wafer ດ້ວຍຊັ້ນ silica buffer ເພື່ອ. ຮູບແບບ LNOI (LiNbO3-On-Insulator) ວັດສະດຸ [5], ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າວັດສະດຸ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆຢູ່ໃນເຈ້ຍນີ້. Ridge waveguides ທີ່ມີຄວາມສູງຫຼາຍກ່ວາ 100 nanometers ສາມາດໄດ້ຮັບການ etched ສຸດບາງ film lithium niobate ວັດສະດຸໂດຍຂະບວນການ etching ແຫ້ງ optimized, ແລະຄວາມແຕກຕ່າງກັນດັດຊະນີ refractive ປະສິດທິພາບຂອງ waveguides ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນສາມາດບັນລຸຫຼາຍກ່ວາ 0.8 (ໄກກ່ວາຄວາມແຕກຕ່າງດັດຊະນີ refractive ຂອງພື້ນເມືອງ. lithium niobate waveguides ຂອງ 0.02), ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1. waveguide ທີ່ຖືກຈໍາກັດຢ່າງແຂງແຮງເຮັດໃຫ້ມັນງ່າຍຕໍ່ການຈັບຄູ່ພາກສະຫນາມແສງສະຫວ່າງກັບພາກສະຫນາມໄມໂຄເວຟເມື່ອອອກແບບໂມດູນ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນປະໂຫຍດທີ່ຈະບັນລຸແຮງດັນເຄິ່ງຄື້ນຕ່ໍາແລະແບນວິດ modulation ຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນຄວາມຍາວສັ້ນກວ່າ.
ຮູບລັກສະນະຂອງການສູນເສຍຕ່ໍາ lithium niobate submicron waveguide breaks bottleneck ຂອງແຮງດັນສູງຂັບລົດຂອງ lithium niobate electro-optic modulator ແບບດັ້ງເດີມ. ໄລຍະຫ່າງຂອງ electrode ສາມາດຫຼຸດລົງເປັນ ~ 5 μm, ແລະການຊ້ອນກັນລະຫວ່າງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າແລະພາກສະຫນາມຮູບແບບ optical ແມ່ນເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະ vπ·L ຫຼຸດລົງຈາກຫຼາຍກວ່າ 20 V·cm ຫາຫນ້ອຍກວ່າ 2.8 V·cm. ດັ່ງນັ້ນ, ພາຍໃຕ້ແຮງດັນເຄິ່ງຄື້ນດຽວກັນ, ຄວາມຍາວຂອງອຸປະກອນສາມາດຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບໂມດູນແບບດັ້ງເດີມ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ຫຼັງຈາກການເພີ່ມປະສິດທິພາບພາລາມິເຕີຂອງຄວາມກວ້າງ, ຄວາມຫນາແລະໄລຍະຫ່າງຂອງ electrode ຄື້ນການເດີນທາງ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ, modulator ສາມາດມີຄວາມສາມາດຂອງ bandwidth modulation ultra-high ຫຼາຍກ່ວາ 100 GHz.
Fig.1 (a) ການແຜ່ກະຈາຍຮູບແບບການຄິດໄລ່ແລະ (b) ຮູບພາບຂອງພາກກາງຂອງ waveguide LN
Fig.2 (a) Waveguide ແລະໂຄງສ້າງ electrode ແລະ (b) coreplate ຂອງ LN modulator
ການປຽບທຽບຂອງໂມດູເລເຕີ lithium niobate ຟິມບາງໆກັບໂມດູເລເຕີການຄ້າ lithium niobate ແບບດັ້ງເດີມ, ໂມດູເລເຕີທີ່ໃຊ້ຊິລິຄອນແລະໂມດູນ indium phosphide (InP) ແລະໂມດູເລເຕີໄຟຟ້າຄວາມໄວສູງອື່ນໆທີ່ມີຢູ່, ຕົວກໍານົດການຕົ້ນຕໍຂອງການປຽບທຽບປະກອບມີ:
(1) ຜະລິດຕະພັນຄວາມຍາວຂອງແຮງດັນເຄິ່ງຄື້ນ (vπ·L, V·cm), ການວັດແທກປະສິດທິພາບຂອງໂມດູນ, ມູນຄ່າຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າ, ປະສິດທິພາບຂອງໂມດູນສູງຂຶ້ນ;
(2) 3 dB modulation bandwidth (GHz), ເຊິ່ງວັດແທກການຕອບສະຫນອງຂອງ modulator ກັບ modulation ຄວາມຖີ່ສູງ;
(3) ການສູນເສຍການໃສ່ optical (dB) ໃນພາກພື້ນ modulation. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກຕາຕະລາງທີ່ໂມດູນ lithium niobate ຮູບເງົາບາງໆມີຂໍ້ດີທີ່ຊັດເຈນໃນໂມດູນແບນວິດ, ແຮງດັນເຄິ່ງຄື້ນ, ການສູນເສຍການແຊກແຊງ optical ແລະອື່ນໆ.
ຊິລິໂຄນ, ເປັນພື້ນຖານຂອງ optoelectronics ປະສົມປະສານ, ໄດ້ຖືກພັດທະນາມາເຖິງຕອນນັ້ນ, ຂະບວນການແມ່ນເປັນຜູ້ໃຫຍ່, ຂະຫນາດນ້ອຍຂອງມັນແມ່ນເອື້ອອໍານວຍໃຫ້ແກ່ການປະສົມປະສານຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງອຸປະກອນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ / ຕົວຕັ້ງຕົວຕີ, ແລະຕົວຄວບຄຸມຂອງມັນໄດ້ຖືກສຶກສາຢ່າງກວ້າງຂວາງແລະເລິກເຊິ່ງໃນພາກສະຫນາມຂອງ optical. ການສື່ສານ. ກົນໄກການໂມດູນ electro-optical ຂອງຊິລິໂຄນແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ carrier depling-tion, carrier injection ແລະການສະສົມຂອງ carrier. ໃນບັນດາພວກເຂົາ, ແບນວິດຂອງໂມດູນແມ່ນດີທີ່ສຸດກັບກົນໄກການທໍາລາຍລະດັບເສັ້ນຊື່, ແຕ່ເນື່ອງຈາກວ່າການແຜ່ກະຈາຍພາກສະຫນາມ optical ທັບຊ້ອນກັບຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງຂອງພາກພື້ນ depletion, ຜົນກະທົບນີ້ຈະນໍາສະເຫນີການບິດເບືອນຄໍາສັ່ງທີສອງທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນແລະການບິດເບືອນ intermodulation ຄໍາສັ່ງທີສາມ. ຂໍ້ກໍານົດ, ບວກໃສ່ກັບຜົນກະທົບການດູດຊຶມຂອງຜູ້ໃຫ້ບໍລິການກ່ຽວກັບແສງສະຫວ່າງ, ເຊິ່ງຈະນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມກວ້າງຂອງ modulation optical ແລະການບິດເບືອນສັນຍານ.
InP modulator ມີຜົນກະທົບ electro-optical ທີ່ໂດດເດັ່ນ, ແລະໂຄງສ້າງທີ່ດີ quantum ຫຼາຍຊັ້ນສາມາດຮັບຮູ້ອັດຕາການສູງແລະແຮງດັນຕ່ໍາ modulators Vπ·L ສູງເຖິງ 0.156V · mm. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການປ່ຽນແປງຂອງດັດຊະນີ refractive ກັບພາກສະຫນາມໄຟຟ້າປະກອບມີຂໍ້ກໍານົດ linear ແລະ nonlinear, ແລະການເພີ່ມຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າຈະເຮັດໃຫ້ຜົນກະທົບຂອງຄໍາສັ່ງທີສອງທີ່ໂດດເດັ່ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ຊິລິຄອນແລະ InP electro-optic modulators ຈໍາເປັນຕ້ອງໃຊ້ bias ເພື່ອສ້າງ pn junction ໃນເວລາທີ່ພວກເຂົາເຮັດວຽກ, ແລະ pn junction ຈະນໍາເອົາການສູນເສຍການດູດຊຶມໄປສູ່ແສງສະຫວ່າງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຂະຫນາດ modulator ຂອງທັງສອງນີ້ແມ່ນຂະຫນາດນ້ອຍ, ຂະຫນາດ modulator InP ການຄ້າແມ່ນ 1/4 ຂອງ modulator LN. ປະສິດທິພາບ modulation ສູງ, ເຫມາະສົມສໍາລັບຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງແລະໄລຍະໄກເຄືອຂ່າຍສາຍສົ່ງດິຈິຕອນ optical ເຊັ່ນ: ສູນຂໍ້ມູນ. ຜົນກະທົບ electro-optical ຂອງ lithium niobate ບໍ່ມີກົນໄກການດູດຊຶມແສງສະຫວ່າງແລະການສູນເສຍຕ່ໍາ, ເຊິ່ງເຫມາະສົມສໍາລັບໄລຍະໄກທີ່ສອດຄ່ອງກັນ.ການສື່ສານທາງ opticalມີຄວາມສາມາດຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະອັດຕາສູງ. ໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ microwave photon, ຕົວຄູນ electro-optical ຂອງ Si ແລະ InP ແມ່ນບໍ່ເປັນເສັ້ນ, ເຊິ່ງບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບລະບົບໄມໂຄເວຟ photon ທີ່ດໍາເນີນການ linearity ສູງແລະນະໂຍບາຍດ້ານຂະຫນາດໃຫຍ່. ວັດສະດຸ lithium niobate ແມ່ນເຫມາະສົມຫຼາຍສໍາລັບການນໍາໃຊ້ photon microwave ເນື່ອງຈາກວ່າຕົວຄູນຂອງໂມດູນ electro-optic ເປັນເສັ້ນຢ່າງສົມບູນ.
ເວລາປະກາດ: 22-04-2024 ເມສາ