მაღალი ხარისხის ელექტროოპტიკური მოდულატორი: თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის მოდულატორი

მაღალი ხარისხის ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორი:თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის მოდულატორი

ელექტროოპტიკური მოდულატორი (EOM მოდულატორი) არის მოდულატორი, რომელიც დამზადებულია გარკვეული ელექტროოპტიკური კრისტალების ელექტროოპტიკური ეფექტის გამოყენებით, რომელსაც შეუძლია საკომუნიკაციო მოწყობილობებში მაღალსიჩქარიანი ელექტრონული სიგნალების ოპტიკურ სიგნალებად გარდაქმნა. როდესაც ელექტროოპტიკური კრისტალი ექვემდებარება გამოყენებული ელექტრული ველის ზემოქმედების ქვეშ, ელექტროოპტიკური კრისტალის გარდატეხის ინდექსი შეიცვლება და შესაბამისად შეიცვლება კრისტალის ოპტიკური ტალღის მახასიათებლებიც, რათა განხორციელდეს ოპტიკური სიგნალის ამპლიტუდის, ფაზისა და პოლარიზაციის მდგომარეობის მოდულაცია და საკომუნიკაციო მოწყობილობაში მაღალსიჩქარიანი ელექტრონული სიგნალი მოდულაციის გზით ოპტიკურ სიგნალად გარდაიქმნას.

ამჟამად, არსებობს სამი ძირითადი ტიპიელექტრო-ოპტიკური მოდულატორებიბაზარზე: სილიკონზე დაფუძნებული მოდულატორები, ინდიუმის ფოსფიდის მოდულატორები და თხელი აპკილითიუმის ნიობატის მოდულატორიმათ შორის, სილიციუმს არ აქვს პირდაპირი ელექტროოპტიკური კოეფიციენტი, უფრო ზოგადი მახასიათებლებით, შესაფერისია მხოლოდ მოკლე მანძილზე მონაცემთა გადაცემის გადამცემ-მიმღების მოდულის მოდულატორის წარმოებისთვის, ინდიუმის ფოსფიდი კი შესაფერისია საშუალო-დიდი მანძილის ოპტიკური საკომუნიკაციო ქსელის გადამცემ-მიმღების მოდულისთვის, მაგრამ ინტეგრაციის პროცესის მოთხოვნები ძალიან მაღალია, ღირებულება შედარებით მაღალია და გამოყენება გარკვეულ შეზღუდვებს ექვემდებარება. ამის საპირისპიროდ, ლითიუმის ნიობატის კრისტალი არა მხოლოდ მდიდარია ფოტოელექტრული ეფექტით, არამედ ფიქსირებული ფოტორეფრაქციული ეფექტით, არაწრფივი ეფექტით, ელექტროოპტიკური ეფექტით, აკუსტიკური ოპტიკური ეფექტით, პიეზოელექტრული ეფექტით და თერმოელექტრული ეფექტით, რომლებიც ერთის ტოლია, და მისი ბადისებრი სტრუქტურისა და მდიდარი დეფექტური სტრუქტურის წყალობით, ლითიუმის ნიობატის მრავალი თვისება შეიძლება მნიშვნელოვნად დარეგულირდეს კრისტალის შემადგენლობით, ელემენტის დოპინგით, ვალენტური მდგომარეობის კონტროლით და ა.შ. მიღწეულია უმაღლესი ფოტოელექტრული მახასიათებლები, როგორიცაა ელექტროოპტიკური კოეფიციენტი 30.9pm/V-მდე, რაც მნიშვნელოვნად მაღალია ინდიუმის ფოსფიდთან შედარებით და აქვს მცირე ჭიკჭიკის ეფექტი (ჭიკჭიკის ეფექტი: ეხება ფენომენს, როდესაც იმპულსის სიხშირე იცვლება დროთა განმავლობაში ლაზერული იმპულსის გადაცემის პროცესში. უფრო დიდი ჭიკჭიკის ეფექტი იწვევს სიგნალისა და ხმაურის დაბალ თანაფარდობას და არაწრფივ ეფექტს), კარგი ჩაქრობის კოეფიციენტი (სიგნალის „ჩართული“ მდგომარეობისა და მისი „გამორთული“ მდგომარეობის საშუალო სიმძლავრის თანაფარდობა) და მოწყობილობის უმაღლესი სტაბილურობა. გარდა ამისა, თხელი ფირის ლითიუმ-ნიობატის მოდულატორის მუშაობის მექანიზმი განსხვავდება სილიციუმზე დაფუძნებული მოდულატორისა და ინდიუმის ფოსფიდის მოდულატორისგან, რომლებიც იყენებენ არაწრფივი მოდულაციის მეთოდებს, რომლებიც იყენებენ წრფივ ელექტროოპტიკურ ეფექტს ელექტრულად მოდულირებული სიგნალის ოპტიკურ მატარებელზე ჩასატვირთად, ხოლო მოდულაციის სიჩქარე ძირითადად განისაზღვრება მიკროტალღური ელექტროდის მუშაობით, ამიტომ შესაძლებელია მოდულაციის უფრო მაღალი სიჩქარისა და წრფივობის, ასევე დაბალი ენერგომოხმარების მიღწევა. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ლითიუმ-ნიობატი გახდა იდეალური არჩევანი მაღალი ხარისხის ელექტროოპტიკური მოდულატორების მოსამზადებლად, რომელსაც აქვს ფართო გამოყენების დიაპაზონი 100G/400G კოჰერენტულ ოპტიკურ საკომუნიკაციო ქსელებსა და ულტრამაღალსიჩქარიან მონაცემთა ცენტრებში და შეუძლია 100 კილომეტრზე მეტი გადაცემის მანძილის მიღწევა.

ლითიუმის ნიობატი, როგორც „ფოტონური რევოლუციის“ დივერსიული მასალა, მიუხედავად იმისა, რომ სილიციუმთან და ინდიუმის ფოსფიდთან შედარებით, მას ბევრი უპირატესობა აქვს, მაგრამ მოწყობილობაში ის ხშირად მოცულობითი მასალის სახით ჩნდება, სინათლე შემოიფარგლება იონური დიფუზიით ან პროტონების ცვლით წარმოქმნილი სიბრტყოვანი ტალღგამტარით, გარდატეხის ინდექსის სხვაობა, როგორც წესი, შედარებით მცირეა (დაახლოებით 0.02), მოწყობილობის ზომა შედარებით დიდია. ძნელია მინიატურიზაციისა და ინტეგრაციის საჭიროებების დაკმაყოფილება.ოპტიკური მოწყობილობებიდა მისი წარმოების ხაზი კვლავ განსხვავდება მიკროელექტრონული დამუშავების ფაქტობრივი ხაზისგან და არსებობს მაღალი ღირებულების პრობლემა, ამიტომ თხელი ფენის ფორმირება ელექტროოპტიკურ მოდულატორებში გამოყენებული ლითიუმის ნიობატის განვითარების მნიშვნელოვანი მიმართულებაა.