Ábhar niobate litiam scannán tanaí agus modulator litiam niobate scannán tanaí

Buntáistí agus tábhacht niobate litiam scannán tanaí i dteicneolaíocht fhótóin chomhtháite micreathonn

Teicneolaíocht fótóin micreathonntá na buntáistí a bhaineann le bandaleithead oibre mór, cumas próiseála comhthreomhar láidir agus caillteanas tarchurtha íseal, a bhfuil an cumas aige bacainn theicniúil an chórais micreathonn traidisiúnta a bhriseadh agus feabhas a chur ar fheidhmíocht trealamh faisnéise leictreonaí míleata, mar shampla radar, cogaíocht leictreonach, cumarsáid agus tomhas agus smacht. Mar sin féin, tá roinnt fadhbanna ag an gcóras fótóin micreathonn atá bunaithe ar fheistí scoite, mar shampla líon mór, meáchan trom agus droch-chobhsaíocht, rud a chuireann srian mór ar chur i bhfeidhm na teicneolaíochta fótóin micreathonn ar ardáin spás-iompartha agus aerbheirthe. Dá bhrí sin, tá teicneolaíocht fótóin micreathonn comhtháite ag éirí mar thacaíocht thábhachtach chun cur i bhfeidhm fótóin micreathonn a bhriseadh i gcóras faisnéise leictreonach míleata agus spraoi iomlán a thabhairt do na buntáistí a bhaineann le teicneolaíocht fhótóin micreathonn.

Faoi láthair, tá teicneolaíocht comhtháthú fótóin bunaithe ar SI agus teicneolaíocht comhtháthú fótóin bunaithe ar INP tar éis blianta fada forbartha i réimse na cumarsáide optúla, agus tá go leor táirgí curtha ar an margadh. Mar sin féin, maidir le fótón micreathonn a chur i bhfeidhm, tá roinnt fadhbanna sa dá chineál seo de theicneolaíochtaí comhtháthú fótóin: mar shampla, tá comhéifeacht leictreastatach neamhlíneach Si modulator agus InP modulator contrártha leis an líneacht ard agus na saintréithe dinimiciúla móra atá á saothrú ag micreathonn. teicneolaíocht fhótóin; Mar shampla, is é an lasc optúil sileacain a thuigeann athrú cosán optúil, cibé acu atá bunaithe ar éifeacht teirmeach-optúil, éifeacht piezoelectric, nó éifeacht scaipeadh insteallta iompróra, go bhfuil na fadhbanna a bhaineann le luas aistrithe mall, tomhaltas cumhachta agus tomhaltas teasa, nach féidir leis an tapa a chomhlíonadh. scanadh bíoma agus feidhmchláir fótóin micreathonnach eagair ar scála mór.

Tá litiam niobate i gcónaí ar an gcéad rogha le haghaidh ardluaismodhnú leictrea-optachábhair mar gheall ar a éifeacht líneach leictreastatach den scoth. Mar sin féin, an niobate litiam traidisiúntamodulator leictrea-optúildéanta as ábhar criostail ollmhór niobate litiam, agus tá méid an fheiste an-mhór, nach féidir freastal ar riachtanais na teicneolaíochta fótóin micreathonn comhtháite. Tá conas ábhair niobate litiam a chomhtháthú le comhéifeacht leictreastatach líneach isteach sa chóras teicneolaíochta fótóin micreathonn comhtháite tar éis éirí mar sprioc ag taighdeoirí ábhartha. I 2018, thuairiscigh foireann taighde ó Ollscoil Harvard sna Stáit Aontaithe ar dtús an teicneolaíocht um chomhtháthú fótónach bunaithe ar niobate litiam scannán tanaí sa Dúlra, toisc go bhfuil buntáistí ag baint leis an teicneolaíocht a bhaineann le comhtháthú ard, bandaleithead modhnú leictreastatach mór, agus ard-líneacht electro. -éifeacht optúil, nuair a seoladh é, ba chúis leis an aird acadúil agus tionsclaíoch láithreach i réimse an chomhtháthaithe fhótóinigh agus na fótóinic micreathonn. Ó thaobh iarratais fótóin micreathonn, déanann an páipéar seo athbhreithniú ar thionchar agus ar thábhacht na teicneolaíochta comhtháthú fótóin bunaithe ar niobate litiam scannán tanaí ar fhorbairt na teicneolaíochta fótóin micreathonn.

Ábhar niobate litiam scannán tanaí agus scannán tanaílitiam niobate modulator
Le dhá bhliain anuas, tá cineál nua ábhar niobate litiam tagtha chun cinn, is é sin, tá an scannán niobate litiam exfoliated as an criostail litiam niobate ollmhór ag an modh "slising ian" agus banna leis an wafer Si le ciseal maolánach shilice chun foirm LNOI (LiNbO3-Ar-Insulator) ábhar [5], ar a dtugtar ábhar niobate litiam scannán tanaí sa pháipéar seo. Is féidir tonn-treoraithe droma le airde níos mó ná 100 nanaiméadar a eitseáilte ar ábhair niobate litiam scannáin tanaí trí phróiseas eitseála tirim optamaithe, agus is féidir le difríocht innéacs athraonta éifeachtach na dtreoracha tonn a fhoirmítear teacht ar níos mó ná 0.8 (i bhfad níos airde ná an difríocht innéacs athraonta traidisiúnta. tonn-treoraithe litiam niobate de 0.02), mar a thaispeántar i bhFíor 1. Déanann an tonnthreoir srianta go láidir é a dhéanamh níos éasca an réimse solais a mheaitseáil leis an réimse micreathonn agus an modulator á dhearadh. Mar sin, tá sé tairbheach voltas leath-tonn níos ísle agus bandaleithead modhnú níos mó a bhaint amach ar fhad níos giorra.

Briseann an chuma ar thonnthreoir submicron litiam niobate caillteanas íseal an tranglam ardvoltais tiomána de mhodálaí leictreastatach traidisiúnta litiam niobate. Is féidir an spásáil leictreoid a laghdú go ~ 5 μm, agus déantar an forluí idir an réimse leictrigh agus an réimse mód optúil a mhéadú go mór, agus laghdaíonn an vπ ·L ó níos mó ná 20 V·cm go dtí níos lú ná 2.8 V·cm. Mar sin, faoin voltas leath-tonn céanna, is féidir fad an fheiste a laghdú go mór i gcomparáid leis an modúlóir traidisiúnta. Ag an am céanna, tar éis paraiméadair leithead, tiús agus eatramh an leictreoid tonn taistil a bharrfheabhsú, mar a thaispeántar san fhigiúr, is féidir leis an modulator cumas bandaleithead modhnú ultra-ard níos mó ná 100 GHz.

Fig.1 (a) dáileadh mód ríofa agus (b) íomhá den trasghearradh de threoir thonn LN

Fíor.2 (a) Struchtúr tonnthreorach agus leictreoid agus （b） croíphláta modulator LN

I gcomparáid le modhnóirí niobate litiam scannán tanaí le modhnóirí tráchtála litiam niobate traidisiúnta, modhnóirí sileacain-bhunaithe agus modhnóirí indium fosfíd (InP) agus modhnóirí leictrea-optúla ardluais eile atá ann cheana féin, áirítear príomh-pharaiméadair na comparáide:
(1) Táirge leath-tonn volta (vπ ·L, V·cm), ag tomhas éifeachtúlacht modhnú an mhodaitheora, is lú an luach, is airde an éifeachtúlacht modhnú;
(2) bandaleithead modhnú 3 dB (GHz), a thomhaiseann freagairt an mhodaitheora ar mhodhnú ardmhinicíochta;
(3) Caillteanas isteach optúil (dB) sa réigiún modhnú. Is féidir a fheiceáil ón tábla go bhfuil buntáistí soiléire ag modulator litiam niobate scannán tanaí i bandaleithead modhnú, voltas leath-tonn, caillteanas idirshuíomh optúil agus mar sin de.

Forbraíodh sileacain, mar bhunchloch na n-optoelectronics comhtháite, go dtí seo, tá an próiseas aibí, cabhraíonn a miniaturization le comhtháthú ar scála mór feistí gníomhacha / éighníomhacha, agus rinneadh staidéar forleathan agus domhain ar a modulator i réimse na optúla. cumarsáide. Is é meicníocht modhnú leictreastatach sileacain den chuid is mó ná ídiú iompróra, instealladh iompróra agus carnadh iompróra. Ina measc, tá bandaleithead an modulator optamach le meicníocht ídiú an iompróra céime líneach, ach toisc go bhfuil an dáileadh réimse optúil ag forluí le neamh-chomhionannas an réigiúin ídiú, tabharfaidh an éifeacht seo isteach saobhadh neamhlíneach dara-ordú agus saobhadh idirmhodúcháin tríú ordú. téarmaí, in éineacht le héifeacht ionsú an iompróra ar an solas, a bheidh mar thoradh ar laghdú ar an aimplitiúid modhnú optúla agus saobhadh comhartha.

Tá éifeachtaí leictrea-optúla den scoth ag an modúlóir InP, agus is féidir leis an struchtúr tobair chandamach ilchiseal modhnóirí ráta ultra-ard agus voltas tiomána íseal a bhaint amach le Vπ·L suas le 0.156V · mm. Mar sin féin, cuimsíonn an t-athrú ar innéacs athraonta le réimse leictreach téarmaí líneacha agus neamhlíneacha, agus mar thoradh ar mhéadú déine an réimse leictrigh beidh an éifeacht dara hordú feiceálach. Dá bhrí sin, ní mór do mhodhnóirí leictreastatacha sileacain agus InP claonadh a chur i bhfeidhm chun acomhal pn a fhoirmiú nuair a bhíonn siad ag obair, agus tabharfaidh acomhal pn caillteanas ionsú chun solais. Mar sin féin, tá méid modulator an dá cheann seo beag, is é an méid modulator InP tráchtála 1/4 den modulator LN. Éifeachtúlacht modhnú ard, atá oiriúnach do líonraí tarchurtha optúla digiteacha ard-dlúis agus gearrachair amhail ionaid sonraí. Níl aon mheicníocht ionsú éadrom agus caillteanas íseal ag éifeacht leictreastatach niobate litiam, atá oiriúnach le haghaidh achar fada comhleanúnachcumarsáid optúille cumas mór agus ráta ard. I bhfeidhmchlár fótóin micreathonn, tá comhéifeachtaí leictreastatacha Si agus InP neamhlíneach, nach bhfuil oiriúnach don chóras fótóin micreathonn a shaothraíonn líneacht ard agus dinimic mhóra. Tá an t-ábhar litiam niobate an-oiriúnach le haghaidh iarratas fótóin micreathonn mar gheall ar a chomhéifeacht modhnú leictreastatach go hiomlán líneach.