Buannachdan agus cudromachd lithium niobate film tana ann an teicneòlas photon microwave aonaichte
Teicneòlas photon microwavetha na buannachdan aige bho leud-bann obrach mòr, comas giollachd làidir co-shìnte agus call tar-chuir ìosal, a dh’ fhaodadh a bhith a ’briseadh bhotail theicnigeach siostam traidiseanta microwave agus a’ leasachadh coileanadh uidheamachd fiosrachaidh dealanach armachd leithid radar, cogadh dealanach, conaltradh agus tomhas agus smachd. Ach, tha cuid de dhuilgheadasan aig an t-siostam photon microwave stèidhichte air innealan air leth leithid meud mòr, cuideam trom agus droch sheasmhachd, a tha gu mòr a’ cuingealachadh cleachdadh teicneòlas photon microwave ann an àrd-ùrlaran fànais agus adhair. Mar sin, tha teicneòlas photon microwave amalaichte a 'fàs na thaic chudromach airson a bhith a' briseadh a-steach cleachdadh photon microwave ann an siostam fiosrachaidh dealanach armailteach agus a 'toirt làn chluich do na buannachdan a tha aig teicneòlas photon microwave.
Aig an àm seo, tha teicneòlas amalachaidh photonic stèidhichte air SI agus teicneòlas amalachaidh photonic stèidhichte air INP air fàs nas aibidh às deidh bliadhnaichean de leasachadh ann an raon conaltradh optigeach, agus chaidh mòran thoraidhean a chuir a-steach don mhargaidh. Ach, airson a bhith a’ cur an sàs photon microwave, tha cuid de dhuilgheadasan anns an dà sheòrsa seo de theicneòlasan amalachaidh photon: mar eisimpleir, tha an co-èifeachd electro-optigeach neo-loidhneach de Si modulator agus InP modulator an aghaidh an loidhne àrd agus na feartan mòra fiùghantach a tha microwave a’ leantainn. teicneòlas photon; Mar eisimpleir, tha duilgheadasan aig an tionndadh optigeach silicon a bheir gu buil atharrachadh slighe optigeach, ge bith a bheil e stèidhichte air buaidh teirmeach-optigeach, buaidh piezoelectric, no buaidh sgaoilidh stealladh giùlain, astar gluasad slaodach, caitheamh cumhachd agus caitheamh teas, nach urrainn coinneachadh ris an astar luath. sganadh beam agus tagraidhean photon microwave air sgèile mhòr.
Is e lithium niobate a-riamh a 'chiad roghainn airson astar àrdmodaladh electro-opticstuthan air sgàth a bhuaidh loidhneach electro-optic sàr-mhath. Ach, an lithium niobate traidiseantamodulator electro-optigeachair a dhèanamh de stuth criostail lithium niobate mòr, agus tha meud an uidheim glè mhòr, nach urrainn coinneachadh ri feumalachdan teicneòlas photon microwave aonaichte. Tha mar a thèid stuthan lithium niobate fhilleadh a-steach le co-èifeachd sreathach electro-optigeach a-steach don t-siostam teicneòlas photon microwave aonaichte air a thighinn gu bhith na amas aig luchd-rannsachaidh iomchaidh. Ann an 2018, thug sgioba rannsachaidh bho Oilthigh Harvard anns na Stàitean Aonaichte cunntas an-toiseach air an teicneòlas amalachaidh photonic stèidhichte air film tana lithium niobate ann an Nàdar, leis gu bheil na buannachdan aig an teicneòlas bho aonachadh àrd, leud-bann modaladh electro-optigeach mòr, agus sreathach àrd de electro. -buaidh optigeach, aon uair ‘s gun deach a chuir air bhog, dh’ adhbhraich e sa bhad aire acadaimigeach agus gnìomhachais ann an raon amalachadh photonic agus photonics microwave. Bho shealladh tagradh microwave photon, tha am pàipear seo a ’dèanamh lèirmheas air buaidh agus cudromachd teicneòlas amalachaidh photon stèidhichte air film tana lithium niobate air leasachadh teicneòlas photon microwave.
Film tana stuth lithium niobate agus film tanamodulator lithium niobate
Anns an dà bhliadhna a dh ’fhalbh, tha seòrsa ùr de stuth lithium niobate air nochdadh, is e sin, tha am film lithium niobate air a chuir a-mach às a’ chriostail mòr lithium niobate leis an dòigh “ion slicing” agus air a cheangal ris an Si wafer le còmhdach bufair silica gu foirm stuth LNOI (LiNbO3-On-Insulator) [5], ris an canar stuth tana film lithium niobate anns a’ phàipear seo. Faodar stuadhan-tonn druim le àirde de chòrr air 100 nanometers a shnaidheadh air stuthan lithium niobate film tana le pròiseas sìolachaidh tioram làn-leasaichte, agus faodaidh an eadar-dhealachadh clàr-amais ath-tharraing èifeachdach de na tonnan a chaidh a chruthachadh ruighinn còrr air 0.8 (fada nas àirde na an eadar-dhealachadh clàr-amais ath-tharraingeach de thraidiseanta). lithium niobate waveguides de 0.02), mar a chithear ann am Figear 1. Tha an tonn-tonn cuibhrichte làidir ga dhèanamh nas fhasa an raon solais a mhaidseadh leis an raon microwave nuair a thathar a’ dealbhadh an modulator. Mar sin, tha e buannachdail bholtachd leth-tonn nas ìsle a choileanadh agus leud-bann atharrachaidh nas motha ann am faid nas giorra.
Tha coltas tonn-tonn lithium niobate submicron call ìosal a’ briseadh sìos bholtachd dràibhidh àrd modulator electro-optic lithium niobate traidiseanta. Faodar an astar eadar an dealan a lùghdachadh gu ~ 5 μm, agus tha an tar-lùbadh eadar an raon dealain agus an raon modh optigeach air a mheudachadh gu mòr, agus tha an vπ ·L a’ lùghdachadh bho barrachd air 20 V·cm gu nas lugha na 2.8 V·cm. Mar sin, fon aon bholtachd leth-tonn, faodar fad an inneil a lughdachadh gu mòr an taca ris an modulator traidiseanta. Aig an aon àm, às deidh a bhith a’ dèanamh an fheum as fheàrr de pharamadairean leud, tighead agus eadar-ama an dealan-tonn siubhail, mar a chithear san fhigear, faodaidh comas bann-leathann modaladh ultra-àrd a bhith aig an modulator nas àirde na 100 GHz.
Fig.1 （a） cuairteachadh modh àireamhaichte agus （b） ìomhaigh den chrois-earrann de stiùireadh tonn LN
Fig.2 （a） Structar waveguide agus electrode agus （b） bun-chlàr de modulator LN
Coimeas eadar modulators lithium niobate film tana le modulators malairteach lithium niobate traidiseanta, modulators stèidhichte air silicon agus modulators indium phosphide (InP) agus modulators electro-optigeach àrd-astar eile, tha prìomh chrìochan na coimeas a’ toirt a-steach:
(1) Toradh leth-tonn bholt (vπ ·L, V·cm), a’ tomhas èifeachdas atharrachaidh an modulator, mar as lugha an luach, is ann as àirde an èifeachdas atharrachaidh;
(2) leud-bann modaladh 3 dB (GHz), a bhios a’ tomhas freagairt an modulator gu modaladh àrd-tricead;
(3) Call cuir a-steach optigeach (dB) anns an roinn atharrachaidh. Chithear bhon chlàr gu bheil buannachdan follaiseach aig moduladair lithium niobate film tana ann an leud-bann modaladh, bholtadh leth-tonn, call eadar-aghaidh optigeach agus mar sin air adhart.
Tha Silicon, mar chlach-oisinn optoelectronics amalaichte, air a leasachadh gu ruige seo, tha am pròiseas aibidh, tha am miniaturization aige a tha cuideachail airson amalachadh mòr de dh’ innealan gnìomhach / fulangach, agus chaidh an modulator aige a sgrùdadh gu farsaing agus gu domhainn ann an raon optigeach conaltradh. Is e an inneal atharrachaidh electro-optigeach de silicon sa mhòr-chuid depling-tion giùlain, in-stealladh giùlain agus cruinneachadh luchd-giùlain. Nam measg, tha leud-bann an modulator as fheàrr leis an uidheamachd lùghdachaidh giùlan ceum sreathach, ach leis gu bheil an cuairteachadh achaidh optigeach a ’dol thairis air neo-èideadh na roinn dòrtadh, bheir a’ bhuaidh seo a-steach saobhadh dàrna-òrdugh neo-loidhneach agus saobhadh eadar-mhodalan treas-òrdugh. teirmean, còmhla ri buaidh in-ghabhail an neach-giùlain air an t-solas, a lean gu lùghdachadh ann an leud modaladh optigeach agus saobhadh chomharran.
Tha buaidhean electro-optigeach air leth aig modulator InP, agus faodaidh an structar tobar cuantamach ioma-fhilleadh modulators bholtachd dràibhidh àrd-ìre agus ìosal a thoirt gu buil le Vπ · L suas gu 0.156V · mm. Ach, tha an eadar-dhealachadh ann an clàr-amais ath-tharraingeach le raon dealain a’ toirt a-steach teirmean sreathach agus neo-loidhneach, agus le àrdachadh ann an dian raon dealain nì a’ bhuaidh dàrna òrdugh follaiseach. Mar sin, feumaidh modulators electro-optic silicon agus InP bias a chuir an sàs gus snaim pn a chruthachadh nuair a bhios iad ag obair, agus bheir snaim pn call ionsachaidh gu solas. Ach, tha meud modulator na dhà seo beag, is e meud modulator InP malairteach 1/4 den modulator LN. Èifeachdas atharrachaidh àrd, freagarrach airson lìonraidhean tar-chuir optigeach didseatach àrd-dùmhlachd agus astar goirid leithid ionadan dàta. Tha buaidh electro-optigeach lithium niobate aig nach eil uidheamachd sùghaidh aotrom agus call ìosal, a tha freagarrach airson astar fada ciallachconaltradh optigeachle comas mòr agus ìre àrd. Anns an tagradh photon microwave, tha na co-èifeachdan electro-optigeach de Si agus InP neo-loidhneach, nach eil freagarrach airson an t-siostam photon microwave a bhios a ’leantainn sreathach àrd agus daineamaigs mòr. Tha an stuth lithium niobate gu math freagarrach airson tagradh photon microwave air sgàth a cho-èifeachd atharrachaidh electro-optic gu tur sreathach.
Ùine puist: Giblean-22-2024