Filimi e tšesaane ea lithium niobate thepa le modulator ea filimi e tšesaane ea lithium niobate

Melemo le bohlokoa ba lithium niobate ea filimi e tšesaane theknolojing e kopaneng ea photon ea microwave

Theknoloji ea photon ea microwaveE na le melemo ea bandwidth e kholo ea ho sebetsa, bokhoni bo matla ba ts'ebetso e bapileng le tahlehelo e tlase ea phetiso, e nang le monyetla oa ho roba bothata ba tekheniki ba sistimi ea setso ea microwave le ho ntlafatsa ts'ebetso ea lisebelisoa tsa tlhahisoleseling tsa sesole tse kang radar, ntoa ea elektroniki, puisano le tekanyo le taolo. Leha ho le joalo, sistimi ea foton ea microwave e thehiloeng lisebelisoa tse arohaneng e na le mathata a mang a kang bophahamo bo boholo, boima bo boima le botsitso bo fokolang, tse thibelang ts'ebeliso ea theknoloji ea foton ea microwave ka botebo lipolaneteng tse tsamaeang sebakeng le tse fofang. Ka hona, theknoloji e kopaneng ea foton ea microwave e fetoha tšehetso ea bohlokoa ho roba ts'ebeliso ea foton ea microwave tsamaisong ea tlhahisoleseling ea elektroniki ea sesole le ho fana ka ts'ebeliso e felletseng ea melemo ea theknoloji ea foton ea microwave.

Hona jwale, theknoloji ya kopanyo ya photonic e thehilweng ho SI le theknoloji ya kopanyo ya photonic e thehilweng ho INP di se di hodile haholo kamora dilemo tsa ntshetsopele lefapheng la puisano ya optical, mme dihlahiswa tse ngata di kentswe mmarakeng. Leha ho le jwalo, bakeng sa tshebediso ya photon ya microwave, ho na le mathata a mang mefuteng ena e mmedi ya theknoloji ya kopanyo ya photon: mohlala, coefficient ya electro-optical e seng ya linear ya modulator ya Si le modulator ya InP e fapane le ho lekalekana ho hoholo le dibopeho tse kgolo tse matla tse phehellwang ke theknoloji ya photon ya microwave; Mohlala, switch ya silicon optical e etsang phetoho ya tsela ya optical, ebang e itshetlehile ka phello ya thermal-optical, phello ya piezoelectric, kapa phello ya ho hasana ha ente ya carrier, e na le mathata a lebelo la ho tjheseletsa le butle, tshebediso ya matla le tshebediso ya mocheso, e ke keng ya fihlella ho skena ha mahlasedi a potlakileng le ditshebediso tse kgolo tsa photon ya microwave.

Lithium niobate esale e le khetho ea pele bakeng sa lebelo le phahamengphetoho ea electro-opticthepa ka lebaka la phello ea eona e ntle ea electro-optic e otlolohileng. Leha ho le joalo, lithium ea setso keobatemodulator ea electro-opticale entsoe ka thepa e kholo ea kristale ea lithium niobate, 'me boholo ba sesebelisoa bo boholo haholo, bo ke keng ba fihlela litlhoko tsa theknoloji e kopaneng ea photon ea microwave. Mokhoa oa ho kopanya lisebelisoa tsa lithium niobate le coefficient ea electro-optical e otlolohileng tsamaisong ea theknoloji e kopaneng ea photon ea microwave e se e le sepheo sa bafuputsi ba amehang. Ka 2018, sehlopha sa lipatlisiso se tsoang Univesithing ea Harvard United States se tlalehile ka lekhetlo la pele theknoloji ea kopanyo ea photonic e thehiloeng ho lithium niobate ea filimi e tšesaane ho Nature, hobane theknoloji ena e na le melemo ea kopanyo e phahameng, bandwidth e kholo ea modulation ea electro-optical, le linearity e phahameng ea phello ea electro-optical, hang ha e qalisoa, e ile ea baka tlhokomelo ea thuto le ea indasteri hang-hang lefapheng la kopanyo ea photonic le photonics ea microwave. Ho latela pono ea ts'ebeliso ea photon ea microwave, pampiri ena e hlahloba tšusumetso le bohlokoa ba theknoloji ea kopanyo ea photon e thehiloeng ho lithium niobate ea filimi e tšesaane nts'etsopele ea theknoloji ea photon ea microwave.

Filimi e tšesaane ea lithium niobate thepa le filimi e tšesaanemodulator ea lithium niobate
Lilemong tse peli tsa morao tjena, ho hlahile mofuta o mocha oa thepa ea lithium niobate, ke hore, filimi ea lithium niobate e ntšoa ho tsoa kristale e kholo ea lithium niobate ka mokhoa oa "ho seha ha ion" 'me e hokahantsoe le wafer ea Si ka lera la silica buffer ho theha thepa ea LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], e bitsoang thepa ea lithium niobate ea filimi e tšesaane pampiring ena. Li-waveguide tsa Ridge tse nang le bophahamo ba li-nanometer tse fetang 100 li ka betloa holim'a thepa ea lithium niobate ea filimi e tšesaane ka mokhoa o ntlafalitsoeng oa ho betla o omileng, 'me phapang e sebetsang ea index ea refractive ea li-waveguide tse entsoeng e ka fihla ho feta 0.8 (e phahameng haholo ho feta phapang ea index ea refractive ea li-waveguide tsa setso tsa lithium niobate tsa 0.02), joalo ka ha ho bontšitsoe ho Setšoantšo sa 1. Leqhubu le thibetsoeng haholo le etsa hore ho be bonolo ho bapisa tšimo ea leseli le tšimo ea microwave ha ho raloa modulator. Kahoo, ho molemo ho fihlella motlakase o tlase oa halofo ea maqhubu le bandwidth e kholo ea modulation ka bolelele bo bokhutšoanyane.

Ponahalo ea leqhubu la lithium niobate submicron le lahleheloang ka tlase le roba molala oa motlakase o phahameng oa ho khanna oa modulator ea electro-optic ea lithium niobate ea setso. Sebaka sa electrode se ka fokotsoa ho ~ 5 μm, 'me ho kopana ha tšimo ea motlakase le tšimo ea mokhoa oa optical ho eketseha haholo, 'me vπ ·L e fokotseha ho tloha ho feta 20 V·cm ho ea ka tlase ho 2.8 V·cm. Ka hona, tlas'a motlakase o tšoanang oa halofo ea leqhubu, bolelele ba sesebelisoa bo ka fokotsoa haholo ha bo bapisoa le modulator ea setso. Ka nako e ts'oanang, kamora ho ntlafatsa liparamente tsa bophara, botenya le karohano ea electrode ea leqhubu le tsamaeang, joalo ka ha ho bontšitsoe setšoantšong, modulator e ka ba le bokhoni ba bandwidth ea modulation e phahameng haholo ho feta 100 GHz.

Setšoantšo sa 1 (a) se balang kabo ea mokhoa le setšoantšo sa （b） sa karolo e tšekaletseng ea tataiso ea maqhubu a LN

Setšoantšo sa 2 （a） Tataiso ea maqhubu le sebopeho sa elektrode le （b） coreplate ea modulator ea LN

Papiso ea li-modulator tsa lithium niobate tsa filimi e tšesaane le li-modulator tsa khoebo tsa lithium niobate tsa setso, li-modulator tse thehiloeng ho silicon le li-modulator tsa indium phosphide (InP) le li-modulator tse ling tse teng tsa lebelo le phahameng la electro-optical, liparamente tse kholo tsa papiso li kenyelletsa:
(1) Sehlahisoa sa bolelele ba volt ea leqhubu la halofo (vπ ·L, V·cm), se lekanyang katleho ea modulator ea modulator, ha boleng bo le bonyenyane, katleho ea modulator e phahame;
(2) bandwidth ea modulation ea 3 dB (GHz), e lekanyang karabelo ea modulator ho modulation ea maqhubu a phahameng;
(3) Tahlehelo ea ho kenngoa ha optical (dB) sebakeng sa modulation. Ho ka bonoa tafoleng hore modulator ea thin film lithium niobate e na le melemo e totobetseng ho modulation bandwidth, half-wave voltage, tahlehelo ea interpolation ea optical le tse ling.

Silicon, e le lejwe la motheo la di-optoelectronic tse kopaneng, e se e ntshetsitswe pele ho fihlela jwale, tshebetso e se e hodile, miniaturization ya yona e thusa ho kopanngwa ka tekanyo e kgolo ha disebediswa tse mafolofolo/tse sa sebetseng, mme modulator ya yona e se e ithutilwe ka botebo le ka ho pharaletseng lefapheng la puisano ya optical. Mokgwa wa ho fetola motlakase wa electro-optical wa silicon ke haholo-holo ho fokotsa di-carrier, ho kenya di-carrier le ho bokella di-carrier. Har'a tsona, bandwidth ya modulator e ntle ka ho fetisisa ka mokgwa wa ho fokotsa di-carrier wa tekanyo e otlolohileng, empa hobane kabo ya masimo a optical e kopana le ho se tshwane ha sebaka sa ho fokotseha, phello ena e tla hlahisa ho sotha ha odara ya bobedi e seng mola le mantswe a ho sotha a odara ya boraro, hammoho le phello ya ho monya ha odcarrier khanyeng, e leng se tla lebisa phokotsong ya amplitude ya modulation ya optical le ho sotha ha letshwao.

Modulator ea InP e na le litlamorao tse ikhethang tsa electro-optical, 'me sebopeho sa seliba sa quantum sa mekhahlelo e mengata se ka etsa hore li-modulator tsa motlakase tse nang le lebelo le phahameng haholo le tse nang le Vπ·L ho fihlela ho 0.156V · mm li sebetse. Leha ho le joalo, phapang ea refractive index ka tšimo ea motlakase e kenyelletsa mantsoe a otlolohileng le a seng a otlolohileng, 'me keketseho ea matla a tšimo ea motlakase e tla etsa hore phello ea tatellano ea bobeli e hlahelle. Ka hona, li-modulator tsa silicon le InP electro-optic li hloka ho sebelisa khethollo ho theha pn junction ha li sebetsa, 'me pn junction e tla tlisa tahlehelo ea ho monya leseli. Leha ho le joalo, boholo ba modulator ba tsena tse peli bo bonyenyane, boholo ba modulator ea khoebo ea InP ke 1/4 ea modulator ea LN. Bokhoni bo phahameng ba modulation, bo loketse marang-rang a phetisetso ea optical ea dijithale e nang le botebo bo phahameng le sebaka se sekhutšoanyane joalo ka litsi tsa data. Tšusumetso ea electro-optical ea lithium niobate ha e na mokhoa oa ho monya leseli le tahlehelo e tlase, e loketseng ho kopana ha sebaka se selelele.puisano ea mahloka bokgoni bo boholo le sekgahla se phahameng. Tshebedisong ya photon ya microwave, di-coefficient tsa electro-optical tsa Si le InP ha di na mola o otlolohileng, e leng se sa lokelang sistimi ya photon ya microwave e latelang mola o otlolohileng le matla a maholo. Thepa ya lithium niobate e loketse haholo tshebediso ya photon ya microwave ka lebaka la modulation coefficient ya yona e otlolohileng ka botlalo ya electro-optic.