דין פילם ליטהיום ניאָבאַטע מאַטעריאַל און דין פילם ליטהיום ניאָבאַטע מאָדולאַטאָר

מעלות און באַדייטונג פון דין פילם ליטהיום ניאָבאַטע אין אינטעגרירטע מייקראַווייוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע

מיקראָוועוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיעהאט די מעלות פון גרויס ארבעטס באַנדווידט, שטאַרק פּאַראַלעל פּראַסעסינג פיייקייט און נידעריק טראַנסמיסיע אָנווער, וואָס האט די פּאָטענציעל צו ברעכן די טעכנישע פלאַשנעק פון טראדיציאנעלן מייקראַווייוו סיסטעמען און פֿאַרבעסערן די פאָרשטעלונג פון מיליטעריש עלעקטראָניש אינפֿאָרמאַציע ויסריכט אַזאַ ווי ראַדאַר, עלעקטראָניש מלחמה, קאָמוניקאַציע און מעסטונג און קאָנטראָל. אָבער, די מייקראַווייוו פאָטאָן סיסטעם באַזירט אויף דיסקרעטע דעוויסעס האט עטלעכע פּראָבלעמען אַזאַ ווי גרויס באַנד, שווער וואָג און שלעכט פעסטקייַט, וואָס ערנסט באַגרענעצן די אַפּלאַקיישאַן פון מייקראַווייוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע אין ספּייסבארנע און לופטבארנע פּלאַטפאָרמעס. דעריבער, ינטאַגרייטאַד מייקראַווייוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע ווערט אַ וויכטיק שטיצע צו ברעכן די אַפּלאַקיישאַן פון מייקראַווייוו פאָטאָן אין מיליטעריש עלעקטראָניש אינפֿאָרמאַציע סיסטעם און געבן פול שפּיל צו די מעלות פון מייקראַווייוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע.

איצט, SI-באזירטע פאָטאָנישע אינטעגראַציע טעכנאָלאָגיע און INP-באזירטע פאָטאָנישע אינטעגראַציע טעכנאָלאָגיע זענען געוואָרן מער און מער דערוואַקסן נאָך יאָרן פון אַנטוויקלונג אין דעם פעלד פון אָפּטישער קאָמוניקאַציע, און אַ סך פּראָדוקטן זענען אַרײַנגעלייגט געוואָרן אין מאַרק. אָבער, פֿאַר דער אַפּליקאַציע פון ​​מייקראַוועוו פאָטאָן, זענען דאָ עטלעכע פּראָבלעמען אין די צוויי מינים פאָטאָן אינטעגראַציע טעכנאָלאָגיעס: למשל, דער ניט-לינעאַרער עלעקטראָ-אָפּטישער קאָעפיציענט פון Si מאָדולאַטאָר און InP מאָדולאַטאָר איז קעגן דער הויכער לינעאַריטעט און גרויסע דינאַמישע קעראַקטעריסטיקס וואָס מייקראַוועוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע נאָכגעפאָלגט; למשל, דער סיליקאָן אָפּטישער סוויטש וואָס רעאַליזירט אָפּטישן וועג סוויטשינג, צי באַזירט אויף טערמאַל-אָפּטישן ווירקונג, פּיעזאָעלעקטרישן ווירקונג, אָדער טרעגער אינדזשעקשאַן דיספּערסיאָן ווירקונג, האט די פּראָבלעמען פון פּאַמעלעכער סוויטשינג גיכקייט, מאַכט קאַנסאַמשאַן און היץ קאַנסאַמשאַן, וואָס קען נישט טרעפן די שנעלע שטראַל סקאַנינג און גרויסע אַרעי וואָג מייקראַוועוו פאָטאָן אַפּליקאַציעס.

ליטיום ניאָבאַטע איז שטענדיק געווען די ערשטע ברירה פֿאַר הויך גיכקייטעלעקטראָ-אָפּטישע מאָדולאַציעמאַטעריאַלן צוליב זײַן אויסגעצייכנטן לינעאַרן עלעקטראָ-אָפּטישן עפֿעקט. אָבער, דער טראַדיציאָנעלער ליטהיום ניאָבאַטעלעקטראָ-אָפּטישער מאָדולאַטאָראיז געמאכט פון מאסיווע ליטיום ניאָבאַט קריסטאַל מאַטעריאַל, און די גרייס פון די מיטל איז זייער גרויס, וואָס קען נישט מקיים זיין די באדערפענישן פון אינטעגרירטע מייקראַוועוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע. ווי צו אינטעגרירן ליטיום ניאָבאַט מאַטעריאַלן מיט לינעאַר עלעקטראָ-אָפּטיש קאָעפיציענט אין די אינטעגרירטע מייקראַוועוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע סיסטעם איז געוואָרן די ציל פון באַטייַטיקע פאָרשער. אין 2018, אַ פאָרשונג מאַנשאַפֿט פון האַרוואַרד אוניווערסיטעט אין די פאַרייניקטע שטאַטן ערשטער געמאלדן די פאָטאָניק אינטעגראַציע טעכנאָלאָגיע באַזירט אויף דין פילם ליטיום ניאָבאַט אין נאַטור, ווייַל די טעכנאָלאָגיע האט די אַדוואַנידזשיז פון הויך אינטעגראַציע, גרויס עלעקטראָ-אָפּטיש מאָדולאַציע באַנדווידט, און הויך לינעאַריטי פון עלעקטראָ-אָפּטיש ווירקונג, אַמאָל לאָנטשט, עס גלייך געפֿירט די אַקאַדעמישע און אינדוסטריעלע ופֿמערקזאַמקייט אין די פעלד פון פאָטאָניק אינטעגראַציע און מייקראַוועוו פאָטאָניקס. פֿון דער פּערספּעקטיוו פון מייקראַוועוו פאָטאָן אַפּלאַקיישאַן, דעם פּאַפּיר ריוויוז די השפּעה און באַטייַט פון פאָטאָן אינטעגראַציע טעכנאָלאָגיע באַזירט אויף דין פילם ליטיום ניאָבאַט אויף דער אַנטוויקלונג פון מייקראַוועוו פאָטאָן טעכנאָלאָגיע.

דין פילם ליטהיום ניאָבאַטע מאַטעריאַל און דין פילםליטהיום ניאָבאַטע מאָדולאַטאָר
אין די לעצטע צוויי יאר, איז ארויסגעקומען א נייער טיפ ליטיום ניאָבאַט מאַטעריאַל, דאָס הייסט, דער ליטיום ניאָבאַט פילם ווערט אָפּגעשאָלן פון דעם מאַסיווען ליטיום ניאָבאַט קריסטאַל דורך דעם מעטאָד פון "יאָן סלייסינג" און געבונדן צום סיליקאַ וועיפער מיט אַ סיליקאַ באַפער שיכט צו פאָרמירן LNOI (LiNbO3-אויף-איזאָלאַטאָר) מאַטעריאַל [5], וואָס ווערט גערופן דין פילם ליטיום ניאָבאַט מאַטעריאַל אין דעם פּאַפּיר. רידזש כוואַליעגיידס מיט אַ הייך פון מער ווי 100 נאַנאָמעטערס קענען ווערן געעטשט אויף דין פילם ליטיום ניאָבאַט מאַטעריאַלן דורך אַן אָפּטימיזירטן טרוקן עטשינג פּראָצעס, און דער עפעקטיווער רעפראַקטיווער אינדעקס חילוק פון די כוואַליעגיידס וואָס ווערן געפאָרמט קען דערגרייכן מער ווי 0.8 (פיל העכער ווי דער רעפראַקטיווער אינדעקס חילוק פון טראַדיציאָנעלע ליטיום ניאָבאַט כוואַליעגיידס פון 0.02), ווי געוויזן אין פיגור 1. דער שטאַרק באַגרענעצטער כוואַליעגייד מאַכט עס גרינגער צו גלייַכן דעם ליכט פעלד מיט דעם מייקראַווייוו פעלד ווען מען פּלאַנירט דעם מאָדולאַטאָר. אַזוי, איז עס נוצלעך צו דערגרייכן אַ נידעריקער האַלב-כוואַליע וואָולטידזש און אַ גרעסערע מאָדולאַציע באַנדווידט אין אַ קירצערער לענג.

די אויסזען פון נידעריק-פארלוסט ליטהיום ניאָבאַט סובמיקראָן כוואַליע-פירער צעברעכט דעם פלאַשנעק פון הויך דרייווינג וואָולטידזש פון טראדיציאנעלן ליטהיום ניאָבאַט עלעקטראָ-אָפּטישן מאָדולאַטאָר. די עלעקטראָד ספּייסינג קען זיין רידוסט צו ~ 5 μm, און די אָוווערלאַפּ צווישן דעם עלעקטרישן פעלד און דעם אָפּטישן מאָדע פעלד איז שטארק געוואקסן, און די vπ ·L פאַרקלענערט זיך פון מער ווי 20 V·cm צו ווייניקער ווי 2.8 V·cm. דעריבער, אונטער דער זעלבער האַלב-כוואַליע וואָולטידזש, קען די לענג פון דעם מיטל זיין שטארק רידוסט קאַמפּערד מיט דעם טראדיציאנעלן מאָדולאַטאָר. אין דער זעלביקער צייט, נאָך אָפּטימיזירן די פּאַראַמעטערס פון דער ברייט, גרעב און אינטערוואַל פון דעם רייזנדיקן כוואַליע עלעקטראָד, ווי געוויזן אין דער בילד, קען דער מאָדולאַטאָר האָבן די מעגלעכקייט פון אַולטראַ-הויך מאָדולאַציע באַנדווידט גרעסער ווי 100 GHz.

פיג. 1 (א) אויסגערעכנטע מאָדע פאַרשפּרייטונג און (ב) בילד פון די קראָס-סעקשאַן פון LN כוואַליעגייד

פיג.2 (א) כוואַליעפירער און עלעקטראָד סטרוקטור און (ב) קערןפּלאַטע פון ​​LN מאָדולאַטאָר

דער פאַרגלייַך פון דין פילם ליטהיום ניאָבאַט מאַדזשאַלייטערז מיט טראַדיציאָנעלע ליטהיום ניאָבאַט קאמערציעלע מאַדזשאַלייטערז, סיליקאָן-באַזירטע מאַדזשאַלייטערז און ינדיום פאָספידע (InP) מאַדזשאַלייטערז און אנדערע עקזיסטירנדיקע הויך-גיכקייַט עלעקטראָ-אָפּטישע מאַדזשאַלייטערז, די הויפּט פּאַראַמעטערס פון די פאַרגלייַך אַרייַננעמען:
(1) האַלב-כוואַליע וואָלט-לענג פּראָדוקט (vπ ·L, V·cm), מעסטן די מאָדולאַציע עפעקטיווקייט פון די מאָדולאַטאָר, די קלענער דער ווערט, די העכער די מאָדולאַציע עפעקטיווקייט;
(2) 3 dB מאָדולאַציע באַנדווידט (GHz), וואָס מעסט די רעאַקציע פון ​​די מאָדולאַטאָר צו הויך-פרעקווענץ מאָדולאַציע;
(3) אָפּטישער ינסערשאַן אָנווער (dB) אין דער מאָדולאַציע געגנט. מען קען זען פון דער טאַבעלע אַז דער דין-פילם ליטהיום ניאָבאַט מאָדולאַטאָר האט קלאָרע מעלות אין מאָדולאַציע באַנדווידט, האַלב-כוואַליע וואָולטידזש, אָפּטישער ינטערפּאָלאַציע אָנווער און אַזוי ווייטער.

סיליקאָן, ווי דער ווינקלשטיין פון אינטעגרירטע אָפּטאָעלעקטראָניק, איז ביז איצט אַנטוויקלט געוואָרן, דער פּראָצעס איז רייף, זיין מיניאַטוריזאַציע איז גינסטיק צו דער גרויס-וואָג אינטעגראַציע פון ​​אַקטיווע/פּאַסיווע דעוויסעס, און זיין מאָדולאַטאָר איז ברייט און טיף געלערנט געוואָרן אין דעם פעלד פון אָפּטישער קאָמוניקאַציע. דער עלעקטראָ-אָפּטישער מאָדולאַציע מעקאַניזם פון סיליקאָן איז דער הויפּט טרעגער דיפּלישאַן, טרעגער ינדזשעקשאַן און טרעגער אַקיומיאַליישאַן. צווישן זיי, די באַנדברייט פון דעם מאָדולאַטאָר איז אָפּטימאַל מיט דעם לינעאַר גראַד טרעגער דיפּלישאַן מעקאַניזם, אָבער ווייַל די אָפּטישע פעלד פאַרשפּרייטונג אָוווערלאַפּס מיט די ניט-יוניפאָרמאַטי פון די דיפּלישאַן געגנט, וועט דעם ווירקונג פאָרשטעלן ניט-לינעאַר צווייט-אָרדענונג דיסטאָרשאַן און דריט-אָרדענונג ינטערמאָדולאַציע דיסטאָרשאַן טערמינען, צוזאַמען מיט דעם אַבזאָרפּשאַן ווירקונג פון דעם טרעגער אויף דעם ליכט, וואָס וועט פירן צו דער רעדוקציע פון ​​דער אָפּטישער מאָדולאַציע אַמפּליטוד און סיגנאַל דיסטאָרשאַן.

דער InP מאָדולאַטאָר האט אויסגעצייכנטע עלעקטראָ-אָפּטישע עפֿעקטן, און די מולטי-שיכטיקע קוואַנטום ברונעם סטרוקטור קען רעאַליזירן גאָר הויך-ראַטע און נידעריק דרייווינג וואָולטידזש מאָדולאַטאָרן מיט Vπ·L ביז 0.156V·mm. אָבער, די וועריאַציע פון ​​רעפראַקטיוו אינדעקס מיט עלעקטריש פעלד כולל לינעאַר און ניט-לינעאַר טערמינען, און די פאַרגרעסערונג פון עלעקטריש פעלד אינטענסיטעט וועט מאַכן די צווייטע-אָרדענונג עפֿעקט פּראָמינענט. דעריבער, סיליקאָן און InP עלעקטראָ-אָפּטישע מאָדולאַטאָרן דאַרפֿן צו צולייגן בייאַס צו פֿאָרמירן pn דזשאַנקשאַן ווען זיי אַרבעטן, און pn דזשאַנקשאַן וועט ברענגען אַבזאָרפּשאַן אָנווער צו ליכט. אָבער, די מאָדולאַטאָר גרייס פון די צוויי איז קליין, די קאמערציעלע InP מאָדולאַטאָר גרייס איז 1/4 פון די LN מאָדולאַטאָר. הויך מאָדולאַציע עפעקטיווקייט, פּאַסיק פֿאַר הויך געדיכטקייט און קורץ דיסטאַנסע דיגיטאַל אָפּטיש טראַנסמיסיע נעטוואָרקס אַזאַ ווי דאַטן צענטערס. דער עלעקטראָ-אָפּטישער עפֿעקט פון ליטהיום ניאָבאַטע האט קיין ליכט אַבזאָרפּשאַן מעקאַניזאַם און נידעריק אָנווער, וואָס איז פּאַסיק פֿאַר לאַנג דיסטאַנסע קאָוכירענט.אָפּטישע קאָמוניקאַציעמיט גרויסער קאַפּאַציטעט און הויכער ראַטע. אין דער מייקראַוועוו פאָטאָן אַפּליקאַציע, זענען די עלעקטראָ-אָפּטישע קאָעפֿיציענטן פון Si און InP נישט-לינעאַר, וואָס איז נישט פּאַסיק פֿאַר דער מייקראַוועוו פאָטאָן סיסטעם וואָס נאָכפֿאָלגט הויכע לינעאַריטעט און גרויסע דינאַמיק. דער ליטיום ניאָבאַט מאַטעריאַל איז זייער פּאַסיק פֿאַר מייקראַוועוו פאָטאָן אַפּליקאַציע צוליב זיין גאָר לינעאַרער עלעקטראָ-אָפּטישער מאָדולאַציע קאָעפֿיציענט.