Kostir og mikilvægi þunnfilmu litíumníóbats í samþættri örbylgjuljóseindatækni
Örbylgjuljóseindatæknihefur kosti mikillar vinnslubandbreiddar, sterkrar samhliða vinnslugetu og lágs sendingartaps, sem hefur tilhneigingu til að rjúfa tæknilega flöskuháls hefðbundins örbylgjuofnakerfis og bæta frammistöðu rafrænna upplýsingabúnaðar hersins eins og ratsjá, rafræna hernað, samskipti og mælingar og stjórna. Hins vegar hefur örbylgjuljóseindakerfið byggt á staktækum tækjum nokkur vandamál eins og mikið rúmmál, þunga þyngd og lélegan stöðugleika, sem takmarka verulega beitingu örbylgjuljóseindatækni í geim- og loftbornum vettvangi. Þess vegna er samþætt örbylgjuljóseindatækni að verða mikilvægur stuðningur við að brjóta beitingu örbylgjuljóseinda í rafeindaupplýsingakerfi hersins og gefa kostum örbylgjuljóseindatækni til fulls.
Sem stendur hafa SI-undirstaða ljóseindasamþættingartækni og INP-byggð ljóseindasamþættingartækni orðið meira og þroskaðri eftir margra ára þróun á sviði sjónsamskipta og mikið af vörum hefur verið sett á markaðinn. Hins vegar, fyrir beitingu örbylgjuljóseindir, eru nokkur vandamál í þessum tvenns konar ljóseindasamþættingartækni: til dæmis er ólínulegi raf-sjónstuðullinn Si modulator og InP modulator andstæður mikilli línuleika og stórum kraftmiklum eiginleikum sem örbylgjuofn eltir. ljóseindatækni; Til dæmis hefur kísilrofinn sem gerir sér grein fyrir ljósleiðarskiptingu, hvort sem hann er byggður á varma-sjónáhrifum, piezoelectric áhrifum eða burðarsprautunardreifingaráhrifum, vandamálin með hægum skiptihraða, orkunotkun og hitanotkun, sem getur ekki mætt hraða. geislaskönnun og örbylgjuljóseindaforrit í stórum mælikvarða.
Lithium niobate hefur alltaf verið fyrsti kosturinn fyrir háhraðaraf-optísk mótunefni vegna framúrskarandi línulegrar raf-sjónræn áhrif. Hins vegar hefðbundið litíumníóbatraf-sjón mótunartækier úr gríðarlegu litíumníóbat kristalefni og tækistærðin er mjög stór, sem getur ekki uppfyllt þarfir samþættrar örbylgjuljóseindatækni. Hvernig á að samþætta litíumníóbat efni með línulegum raf-sjónstuðli í samþætta örbylgjuljóseindatæknikerfið hefur orðið markmið viðkomandi vísindamanna. Árið 2018 greindi rannsóknarteymi frá Harvard háskólanum í Bandaríkjunum fyrst frá ljóseindasamþættingartækninni sem byggir á þunnfilmu litíumníóbati í náttúrunni, vegna þess að tæknin hefur kosti mikillar samþættingar, mikillar rafsjónræns mótunarbandbreiddar og mikillar línuleika raf -sjónræn áhrif, einu sinni hleypt af stokkunum, olli það strax fræðilegri og iðnaðar athygli á sviði ljóseindasamþættingar og örbylgjuofnaljóseinda. Frá sjónarhóli örbylgjuljóseindanotkunar fer þessi grein yfir áhrif og þýðingu ljóseindasamþættingartækni sem byggir á þunnfilmu litíumníóbati á þróun örbylgjuljóseindatækni.
Þunn filma litíumníóbat efni og þunn filmalitíum níóbat mótunartæki
Undanfarin tvö ár hefur ný tegund af litíumníóbat efni komið fram, það er að litíumníóbat filman er skrúfuð úr massamiklu litíumníóbat kristalnum með aðferðinni „jónaskurði“ og tengt við Si oblátuna með kísilbuffalagi til að mynda LNOI (LiNbO3-On-Insulator) efni [5], sem er kallað þunnfilmu litíumníóbat efni í þessari grein. Ridge bylgjuleiðarar með hæð yfir 100 nanómetrar geta verið etsaðar á þunnfilmu litíumníóbat efni með bjartsýni þurrt ætingarferli, og áhrifaríkur brotstuðull munur á bylgjuleiðarunum sem myndast getur náð meira en 0,8 (mun hærri en brotstuðull munur hefðbundinna litíum níóbat bylgjuleiðarar 0,02), eins og sýnt er á mynd 1. Mjög takmarkaða bylgjuleiðarinn gerir það auðveldara að passa ljóssviðið við örbylgjusviðið þegar mótarinn er hannaður. Þannig er hagkvæmt að ná lægri hálfbylgjuspennu og stærri mótunarbandbreidd á styttri lengd.
Útlit lágtaps litíumníóbats undirmíkróna bylgjuleiðara brýtur flöskuháls háa akstursspennu hefðbundins litíumníóbats raf-sjónræns mótara. Hægt er að minnka rafskautabilið í ~ 5 μm og skörun rafsviðs og sjónsviðssviðs eykst til muna og vπ ·L minnkar úr meira en 20 V·cm í minna en 2,8 V·cm. Þess vegna, undir sömu hálfbylgjuspennu, er hægt að draga verulega úr lengd tækisins samanborið við hefðbundna mótara. Á sama tíma, eftir að hafa fínstillt færibreytur breiddar, þykktar og bils ferðabylgju rafskautsins, eins og sýnt er á myndinni, getur mótunarbúnaðurinn haft getu til ofurhárar mótunarbandbreiddar sem er meiri en 100 GHz.
Mynd 1 （a） reiknuð hamdreifing og （b） mynd af þversniði LN bylgjuleiðara
Mynd 2 （a） Bylgjuleiðari og rafskautsbygging og （b） kjarnaplata LN mótara
Samanburður á þunnfilmu litíumníóbatmótara við hefðbundna litíumníóbatmótara í atvinnuskyni, sílikon-undirstaða mótara og indíumfosfíð (InP) mótara og aðra núverandi háhraða rafsjónræna mótara, helstu breytur samanburðarins eru:
(1) Hálfbylgju volt-lengd vara (vπ ·L, V·cm), sem mælir mótunarskilvirkni mótunarbúnaðarins, því minna sem gildið er, því hærra er mótunarskilvirkni;
(2) 3 dB mótunarbandbreidd (GHz), sem mælir svörun mótunarbúnaðarins við hátíðnimótun;
(3) Optískt innsetningartap (dB) á mótunarsvæðinu. Það má sjá af töflunni að þunnfilmu litíum níóbat mótunarbúnaður hefur augljósa kosti í mótunarbandbreidd, hálfbylgjuspennu, sjóntap og svo framvegis.
Kísill, sem hornsteinn samþættrar ljóseindatækni, hefur verið þróaður hingað til, ferlið er þroskað, smæðing þess stuðlar að stórfelldri samþættingu virkra/óvirkra tækja og mótunarbúnaður þess hefur verið mikið og djúpt rannsakaður á sviði sjóntækja. samskipti. Rafsjónræn mótunarbúnaður kísils er aðallega flutningur á burðarefni, innspýting burðarefnis og uppsöfnun burðarefnis. Meðal þeirra er bandbreidd mótara ákjósanlegur með línulegri gráðu burðargetueyðslubúnaði, en vegna þess að ljóssviðsdreifing skarast við ójafnvægi eyðingarsvæðisins mun þessi áhrif kynna ólínulega annars stigs röskun og þriðju gráðu millimótunarbjögun. skilmálar, ásamt frásogsáhrifum burðarberans á ljósið, sem mun leiða til minnkunar á sjónmótunaramplitude og merkjaröskun.
InP mótarinn hefur framúrskarandi rafsjónræn áhrif og marglaga skammtabrunnsbyggingin getur gert sér grein fyrir ofurháhraða og lágri akstursspennumótara með Vπ·L allt að 0,156V · mm. Hins vegar, breytingin á brotstuðul með rafsviði inniheldur línuleg og ólínuleg hugtök, og aukning rafsviðsstyrks mun gera annars stigs áhrif áberandi. Þess vegna þurfa sílikon- og InP-rafstýringartæki að beita hlutdrægni til að mynda pn-mót þegar þeir vinna, og pn-mót mun leiða í ljós frásogstap. Hins vegar er mótastærð þessara tveggja lítil, InP mótastærðin í atvinnuskyni er 1/4 af LN mótaranum. Mikil mótun skilvirkni, hentugur fyrir háþéttleika og stuttar fjarlægðar stafræn sjónflutningsnet eins og gagnaver. Rafsjónræn áhrif litíumníóbats hefur engan ljósgleypnibúnað og lítið tap, sem er hentugur fyrir samfellda langa fjarlægðsjónræn samskiptimeð mikla afkastagetu og hátt hlutfall. Í örbylgjuljóseindaforritinu eru raf-sjónstuðlar Si og InP ólínulegir, sem er ekki hentugur fyrir örbylgjuljóseindakerfið sem stundar mikla línuleika og stóra gangverki. Lithium niobate efni er mjög hentugur fyrir örbylgjuofn ljóseindanotkun vegna þess að það er algjörlega línulegt raf-sjónræn mótunarstuðull.
Birtingartími: 22. apríl 2024