თხელი ფირის ლითიუმ-ნიობატის ელექტროოპტიკური მოდულატორის სტრუქტურისა და მუშაობის შესავალი

შესავალი სტრუქტურასა და შესრულებაშითხელი ფირის ლითიუმ-ნიობატური ელექტროოპტიკური მოდულატორი
An ელექტრო-ოპტიკური მოდულატორითხელი ფენის ლითიუმის ნიობატის სხვადასხვა სტრუქტურების, ტალღის სიგრძისა და პლატფორმების საფუძველზე და სხვადასხვა ტიპის ყოვლისმომცველი მახასიათებლების შედარებაEOM მოდულატორები, ასევე კვლევისა და გამოყენების ანალიზითხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის მოდულატორებისხვა სფეროებში.

1. არარეზონანსული ღრუს თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის მოდულატორი
ამ ტიპის მოდულატორი ეფუძნება ლითიუმის ნიობატის კრისტალის შესანიშნავ ელექტროოპტიკურ ეფექტს და წარმოადგენს ძირითად მოწყობილობას მაღალსიჩქარიანი და დიდ მანძილზე ოპტიკური კომუნიკაციის მისაღწევად. არსებობს სამი ძირითადი სტრუქტურა:
1.1 მოძრავი ტალღის ელექტროდის MZI მოდულატორი: ეს ყველაზე ტიპიური დიზაინია. ჰარვარდის უნივერსიტეტის Lon č ar-ის კვლევითმა ჯგუფმა პირველად მაღალი ხარისხის ვერსია 2018 წელს მიიღო, შემდგომი გაუმჯობესებებით, მათ შორის კვარცის სუბსტრატებზე დაფუძნებული ტევადობითი დატვირთვით (მაღალი გამტარობა, მაგრამ შეუთავსებელია სილიციუმზე დაფუძნებულთან) და სუბსტრატის ღრუზე დაფუძნებული სილიციუმზე დაფუძნებული თავსებადობით, რაც უზრუნველყოფს მაღალი გამტარობის (>67 გჰც) და მაღალსიჩქარიანი სიგნალის (მაგალითად, 112 გბიტ/წმ PAM4) გადაცემას.
1.2 დასაკეცი MZI მოდულატორი: მოწყობილობის ზომის შესამცირებლად და კომპაქტურ მოდულებთან, როგორიცაა QSFP-DD, ადაპტაციისთვის გამოიყენება პოლარიზაციის დამუშავება, ჯვარედინი ტალღის გამტარი ან ინვერტირებული მიკროსტრუქტურის ელექტროდები, რათა მოწყობილობის სიგრძე განახევრდეს და მიღწეულ იქნას 60 გჰც სიხშირის გამტარობა.
1.3 ერთ/ორმაგი პოლარიზაციის კოჰერენტული ორთოგონალური (IQ) მოდულატორი: იყენებს მაღალი რიგის მოდულაციის ფორმატს გადაცემის სიჩქარის გასაუმჯობესებლად. სუნ იატ სენის უნივერსიტეტის Cai-ს კვლევითმა ჯგუფმა 2020 წელს მიაღწია პირველი ჩიპზე დამონტაჟებული ერთპოლარიზაციის IQ მოდულატორის შექმნას. მომავალში შემუშავებულ ორპოლარიზაციის IQ მოდულატორს უკეთესი შესრულება აქვს, ხოლო კვარცის სუბსტრატზე დაფუძნებულმა ვერსიამ დაამყარა ერთი ტალღის სიგრძის გადაცემის სიჩქარის 1.96 ტბიტ/წმ რეკორდი.

2. რეზონანსული ღრუს ტიპის თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის მოდულატორი
ულტრა მცირე და დიდი გამტარუნარიანობის მოდულატორების მისაღებად, ხელმისაწვდომია სხვადასხვა რეზონანსული ღრუს სტრუქტურა:
2.1 ფოტონური კრისტალი (PC) და მიკრო რგოლის მოდულატორი: ლინის კვლევითმა ჯგუფმა როჩესტერის უნივერსიტეტში შეიმუშავა პირველი მაღალი ხარისხის ფოტონური კრისტალური მოდულატორი. გარდა ამისა, შემოთავაზებულია სილიციუმის ლითიუმის ნიობატის ჰეტეროგენულ და ჰომოგენურ ინტეგრაციაზე დაფუძნებული მიკრო რგოლის მოდულატორები, რომლებიც რამდენიმე გჰც-ის გამტარობას აღწევენ.
2.2 ბრეგის ბადის რეზონანსული ღრუს მოდულატორი: მათ შორის ფაბრი პეროს (FP) ღრუ, ტალღის გამტარი ბრეგის ბადე (WBG) და ნელი სინათლის (SL) მოდულატორი. ეს სტრუქტურები შექმნილია ზომის, პროცესის ტოლერანტობისა და მუშაობის დაბალანსებისთვის, მაგალითად, 2 × 2 FP რეზონანსული ღრუს მოდულატორი აღწევს ულტრა დიდ გამტარობას, რომელიც აღემატება 110 გჰც-ს. შეწყვილებული ბრეგის ბადეზე დაფუძნებული ნელი სინათლის მოდულატორი აფართოებს სამუშაო გამტარობის დიაპაზონს.

3. ჰეტეროგენული ინტეგრირებული თხელი ფირის ლითიუმის ნიობატის მოდულატორი
სილიკონზე დაფუძნებულ პლატფორმებზე CMOS ტექნოლოგიის თავსებადობისა და ლითიუმის ნიობატის შესანიშნავი მოდულაციური მახასიათებლების გაერთიანების სამი ძირითადი მეთოდი არსებობს:
3.1 ბმის ტიპის ჰეტეროგენული ინტეგრაცია: ბენზოციკლობუტენთან (BCB) ან სილიციუმის დიოქსიდთან პირდაპირი შეკავშირებით, თხელი ფენის ლითიუმის ნიობატი გადადის სილიციუმის ან სილიციუმის ნიტრიდის პლატფორმაზე, რაც უზრუნველყოფს ვაფლის დონის, მაღალ ტემპერატურაზე სტაბილურ ინტეგრაციას. მოდულატორი ავლენს მაღალ გამტარობას (>70 გჰც, 110 გჰც-ზე მეტსაც კი) და მაღალსიჩქარიანი სიგნალის გადაცემის შესაძლებლობას.
3.2 ტალღგამტარი მასალის ჰეტეროგენული ინტეგრაცია: სილიციუმის ან სილიციუმის ნიტრიდის დატანა თხელფენოვან ლითიუმის ნიობატზე, როგორც დატვირთვის ტალღგამტარი, ასევე უზრუნველყოფს ეფექტურ ელექტროოპტიკურ მოდულაციას.
3.3 მიკროტრანსფერული ბეჭდვის (μ TP) ჰეტეროგენული ინტეგრაცია: ეს არის ტექნოლოგია, რომლის გამოყენებაც, სავარაუდოდ, მასშტაბური წარმოებისთვის იქნება შესაძლებელი, რომელიც წინასწარ დამზადებულ ფუნქციურ მოწყობილობებს სამიზნე ჩიპებზე მაღალი სიზუსტის აღჭურვილობის საშუალებით გადასცემს, რთული შემდგომი დამუშავების თავიდან აცილებით. ის წარმატებით გამოიყენება სილიციუმის ნიტრიდსა და სილიციუმზე დაფუძნებულ პლატფორმებზე, რამაც ათობით გჰც-ის გამტარობის დიაპაზონი მიაღწია.

შეჯამებისთვის, ეს სტატია სისტემატურად ასახავს თხელფენოვანი ლითიუმ-ნიობატის პლატფორმებზე დაფუძნებული ელექტროოპტიკური მოდულატორების ტექნოლოგიურ გზამკვლევს, დაწყებული მაღალი ხარისხის და დიდი გამტარუნარიანობის არარეზონანსული ღრუ სტრუქტურების შესწავლით, მინიატურიზებული რეზონანსული ღრუ სტრუქტურების შესწავლით და დამთავრებული სილიციუმზე დაფუძნებული ფოტონური პლატფორმების ინტეგრირებით. ის აჩვენებს თხელფენოვანი ლითიუმ-ნიობატის მოდულატორების უზარმაზარ პოტენციალს და უწყვეტ პროგრესს ტრადიციული მოდულატორების შესრულების შეფერხების გარღვევასა და მაღალსიჩქარიანი ოპტიკური კომუნიკაციის მიღწევაში.