高い直線性電気光学変調器およびマイクロ波光子アプリケーション
通信システムの要件の増加により、信号の伝送効率をさらに向上させるために、人々は光子と電子を融合して補完的な利点を達成し、マイクロ波フォトニクスが生まれます。電気を照らすために電気を変換するためには、電気光学的モジュレーターが必要ですマイクロ波フォトニックシステム、そしてこの重要なステップは、通常、システム全体のパフォーマンスを決定します。無線周波数信号の光学ドメインへの変換はアナログ信号プロセスであり、通常電気光学モジュレーター固有の非線形性があり、変換プロセスには深刻な信号の歪みがあります。おおよその線形変調を達成するために、変調器の動作点は通常、直交バイアスポイントに固定されますが、モジュレーターの線形性のためのマイクロ波光子リンクの要件を満たすことはできません。直線性が高い電気光学モジュレーターが緊急に必要です。
シリコン材料の高速屈折指数変調は、通常、遊離キャリアプラズマ分散（FCD）効果によって達成されます。 FCD効果とPN接合変調の両方は非線形であり、シリコン変調器をリチウムニオベート変調器よりも線形に低下させます。ニオベートリチウム材料は優れています電気光学的変調パッカー効果による特性。同時に、ニオベートリチウム材料には、大きな帯域幅、良好な変調特性、低損失、容易な統合、および半導体プロセスとの互換性の利点があり、シリコンと比較して高性能電気光学的モジュレーターを作るための薄膜電気術後モジュレーターの使用がありますが、「短いプレート」と比較して、高性能を実現します。絶縁体上の薄膜niobate（LNOI）電気光学モジュレーターは、有望な開発方向になっています。薄膜ニオベート材料の調製技術と導波路エッチング技術の開発により、高い変換効率と薄膜ニオベート電気光学変調器のより高い統合が国際的な学界と産業の分野になりました。
薄膜niobateリチウムの特性
米国では、DAP AR計画により、ニオベートリチウム材料の以下の評価が行われました。電子革命の中心が可能なシリコン材料にちなんで命名された場合、フォトニクス革命の発祥の地はニオベートリチウムにちなんで名付けられた可能性があります。これは、光学界のシリコン材料と同様に、ニオベートリチウムが電気光学効果、音響電気効果、圧電効果、熱電効果、および光断片的効果を1つに統合するためです。
光透過特性に関して、INP材料は、一般的に使用される1550nmバンドの光の吸収により、最大のオンチップ伝送損失を持っています。 SIO2と窒化シリコンには最高の透過特性があり、損失は〜0.01db/cmのレベルに達する可能性があります。現在、薄膜ニオベート導波路の導波量損失は、0.03db/cmのレベルに達する可能性があり、薄膜ニオベート導波管リチウムの損失は、将来の技術レベルの継続的な改善によりさらに減少する可能性があります。したがって、薄膜ニオベート材料は、光合成経路、シャント、微細なものなどの受動的な光構造の良好な性能を示します。
光の生成に関しては、INPのみが直接光を放出する能力を持っています。したがって、マイクロ波光子を適用するには、溶接またはエピタキシャルの成長をバックロードする方法により、LNOIベースのフォトニック統合チップにINPベースの光源を導入する必要があります。光変調に関しては、薄膜ニオベートリチウムリチウムは、INPおよびSIよりも大きな変調帯域幅、下半波電圧、透過損失の低下を達成する方が容易であることが強調されています。さらに、すべてのマイクロ波光子用途には、薄膜ニオベート材料の電気光学的変調の高い線形性が不可欠です。
光学ルーティングに関しては、薄膜ニオベート材料の高速電気光学的応答により、LNOIベースの光スイッチが高速光ルーティングスイッチングを可能にし、このような高速スイッチングの消費電力も非常に低くなります。統合されたマイクロ波光子技術の典型的なアプリケーションのために、光学制御されたビームフォーミングチップは、高速ビームスキャンのニーズを満たすために高速スイッチングの能力を持ち、超低電力消費の特性は、大規模なフェーズドアレイシステムの厳格な要件に十分に適合しています。 INPベースの光スイッチは、高速光パススイッチングも実現することができますが、特にマルチレベルの光スイッチがカスケードされると、ノイズ係数が深刻に劣化します。シリコン、SIO2、および窒化シリコン材料は、高出力消費量と遅いスイッチング速度の欠点を持つ熱光学効果またはキャリア分散効果を通して光学経路のみを切り替えることができます。フェーズドアレイのアレイサイズが大きい場合、消費電力の要件を満たすことができません。
光増幅に関して、半導体光アンプ (SOA）INPに基づいて、商業使用のために成熟していますが、マイクロ波光子の適用を助長しない、高いノイズ係数と低飽和出力電力の欠点があります。周期的な活性化と反転に基づいた薄膜ニオベート導波路のパラメトリック増幅プロセスは、低ノイズと高出力オンチップ光増幅を達成することができます。
光検出に関しては、薄膜niobateリチウムは、1550 nmバンドで光に優れた伝播特性を持っています。光電変換の機能は実現できないため、チップ上の光電化変換のニーズを満たすために、マイクロ波光子アプリケーションの場合。 INGAASまたはGE-SI検出ユニットは、バックロード溶接またはエピタキシャル成長により、LNOIベースのフォトニック統合チップに導入する必要があります。光ファイバ自体はSiO2材料であるため、光ファイバとの結合に関しては、SiO2導波路のモードフィールドは光ファイバのモードフィールドと最も一致する程度があり、カップリングが最も便利です。薄膜niobateリチウムリチウムの強く制限された導波路のモードフィールドの直径は約1μmであり、光ファイバのモードフィールドとはまったく異なるため、光ファイバーのモードフィールドに一致するように適切なモードスポット変換を実行する必要があります。
統合に関しては、さまざまな材料が高い統合の可能性を持っているかどうかは、主に導波路の曲げ半径（導波路モードフィールドの制限の影響を受けます）に依存します。強く制限されている導波路により、より小さな曲げ半径が可能になり、これは高い統合の実現をより助長します。したがって、ニオベート導波管リチウムは、高い統合を達成する可能性があります。したがって、薄膜niobateリチウムの外観により、ニオベートリチウム材料が光学的な「シリコン」の役割を果たすことが可能になります。マイクロ波光子の適用については、薄膜niobateリチウムの利点がより明白です。
投稿時間：APR-23-2024