نېپىز پەردە لىتىي نىئوبات ماتېرىيالى ۋە نېپىز پەردە لىتىي نىئوبات مودېللىغۇچ

نېپىز پەردە لىتىي نىئوباتنىڭ توپلاشتۇرۇلغان مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسىنىڭ ئەۋزەللىكى ۋە ئەھمىيىتى

مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسىچوڭ خىزمەت كەڭلىكى ، كۈچلۈك پاراللېل بىر تەرەپ قىلىش ئىقتىدارى ۋە تۆۋەن يەتكۈزۈش ئىقتىدارىنىڭ ئەۋزەللىكى بار ، بۇ ئەنئەنىۋى مىكرو دولقۇن سىستېمىسىنىڭ تېخنىكىلىق توسالغۇسىنى بۇزۇپ تاشلاپ ، رادار ، ئېلېكترونلۇق ئۇرۇش ، ئالاقە ۋە ئۆلچەش ۋە كونترول قىلىش قاتارلىق ھەربىي ئېلېكترونلۇق ئۇچۇر ئۈسكۈنىلىرىنىڭ ئىقتىدارىنى يۇقىرى كۆتۈرەلەيدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، سۈزۈك ئۈسكۈنىلەرنى ئاساس قىلغان مىكرو دولقۇنلۇق فوتون سىستېمىسىنىڭ ھەجىمى چوڭ ، ئېغىرلىقى ۋە مۇقىملىقى ياخشى بولماسلىق قاتارلىق بەزى مەسىلىلەر بار ، بۇ مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسىنىڭ ئالەم بوشلۇقى ۋە ھاۋا سۇپىسىدا قوللىنىلىشىنى ئېغىر چەكلەيدۇ. شۇڭلاشقا ، مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسى ھەربىي ئېلېكترونلۇق ئۇچۇر سىستېمىسىدا مىكرو دولقۇنلۇق فوتوننىڭ قوللىنىلىشىنى بۇزۇپ تاشلاپ ، مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسىنىڭ ئەۋزەللىكىنى تولۇق جارى قىلدۇرىدىغان مۇھىم تايانچقا ئايلانماقتا.

ھازىر ، SI نى ئاساس قىلغان فوتوننى بىرلەشتۈرۈش تېخنىكىسى ۋە INP نى ئاساس قىلغان فوتوننى بىرلەشتۈرۈش تېخنىكىسى ئوپتىكىلىق ئالاقە ساھەسىدە كۆپ يىل تەرەققىي قىلغاندىن كېيىن بارغانسىرى پىشىپ يېتىلىپ ، نۇرغۇن مەھسۇلاتلار بازارغا سېلىندى. قانداقلا بولمىسۇن ، مىكرو دولقۇنلۇق فوتوننى ئىشلىتىشتە ، بۇ ئىككى خىل فوتوننى بىرلەشتۈرۈش تېخنىكىسىدا بەزى مەسىلىلەر بار: مەسىلەن ، Si مودۇللىغۇچ ۋە InP مودۇللىغۇچنىڭ سىزىقسىز ئېلېكتر ئوپتىكىلىق كوئېففىتسېنتى مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسى قوللانغان يۇقىرى سىزىقلىق ۋە چوڭ ھەرىكەتچان ئالاھىدىلىككە زىت. مەسىلەن ، ئوپتىكىلىق يول ئالماشتۇرۇشنى ئەمەلگە ئاشۇرىدىغان كرېمنىي ئوپتىكىلىق ۋىكليۇچاتېل مەيلى ئىسسىقلىق ئوپتىكىلىق ئېففېكتى ، پيېزو ئېلېكتر ئېففېكتى ياكى توشۇغۇچى ئوكۇلنى تارقاقلاشتۇرۇش ئۈنۈمىگە ئاساسەن بولسۇن ، تېز سۈرئەتلىك نۇرنى سىكانېرلاش ۋە چوڭ تىپتىكى مىكرو دولقۇنلۇق فوتون قوللىنىشچان پروگراممىلىرىنى قاندۇرالمايدۇ.

لىتىي نىئوبات ئىزچىل يۇقىرى سۈرئەتلىك بىرىنچى تاللاش بولۇپ كەلدىئېلېكتر ئوپتىكىلىق مودۇللاشتۇرۇشئەلا سۈپەتلىك ئېلېكتر ئوپتىكىلىق ئۈنۈمى سەۋەبىدىن ماتېرىياللار. قانداقلا بولمىسۇن ، ئەنئەنىۋى لىتىي نىئوباتئېلېكتر ئوپتىكىلىق مودېللىغۇچغايەت زور لىتىي نىئوبات خرۇستال ماتېرىيالدىن ياسالغان ، ئۈسكۈنىنىڭ ھەجىمى ئىنتايىن چوڭ ، ئۇ مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسىنىڭ ئېھتىياجىنى قاندۇرالمايدۇ. لىتىي نىئوبات ماتېرىياللىرىنى سىزىقلىق ئېلېكتر ئوپتىكىلىق كوئېففىتسېنت بىلەن قانداق قىلىپ مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكا سىستېمىسىغا بىرلەشتۈرۈش مۇناسىۋەتلىك تەتقىقاتچىلارنىڭ نىشانىغا ئايلاندى. 2018-يىلى ، ئامېرىكا خارۋارد ئۇنۋېرسىتىتى تەتقىقات گۇرۇپپىسى ئالدى بىلەن تەبىئەتتىكى نېپىز پەردە لىتىي نىئوباتنى ئاساس قىلغان فوتون بىرىكتۈرۈش تېخنىكىسىنى دوكلات قىلدى ، چۈنكى بۇ تېخنىكىنىڭ يۇقىرى بىرىكتۈرۈش ، چوڭ ئېلېكتر ئوپتىكىلىق مودۇللاش كەڭلىكى ۋە ئېلېكتر ئوپتىكىلىق ئۈنۈمنىڭ يۇقىرى سىزىقلىق ئەۋزەللىكى بار ، ئۇ قوزغىتىلغاندىن كېيىن ، ئۇ دەرھال فوتون بىرىكمىسى ۋە مىكرو دولقۇنلۇق فوتونكا ساھەسىدىكى ئىلمىي ۋە سانائەتنىڭ دىققىتىنى قوزغىدى. مىكرو دولقۇنلۇق فوتون قوللىنىش نۇقتىسىدىن ئېلىپ ئېيتقاندا ، بۇ ماقالىدە نېپىز پەردە لىتىي نىئوباتنى ئاساس قىلغان فوتون بىرىكتۈرۈش تېخنىكىسىنىڭ مىكرو دولقۇنلۇق فوتون تېخنىكىسىنىڭ تەرەققىياتىغا كۆرسەتكەن تەسىرى ۋە ئەھمىيىتى كۆزدىن كەچۈرۈلدى.

نېپىز پەردە لىتىي نىئوبات ماتېرىيالى ۋە نېپىز پەردەلىتىي نىئوبات مودېللىغۇچ
يېقىنقى ئىككى يىلدا ، يېڭى تىپتىكى لىتىي نىئوبات ماتېرىيالى بارلىققا كەلدى ، يەنى لىتىي نىئوبات فىلىمى غايەت زور لىتىي نىئوبات كرىستالدىن «ئىئون كېسىش» ئۇسۇلى بىلەن كۆيدۈرۈلۈپ ، سىفىرلىق ئۇففېر قەۋىتى بىلەن سى ۋافېرغا باغلىنىپ ، LNOI (LiNbO3-On-Insulator) ماتېرىيالى دەپ ئاتىلىدۇ. ئېگىزلىكى 100 نانومېتىردىن ئاشىدىغان تاغ تىزمىلىرىنى ئەلالاشتۇرۇپ قۇرۇتۇش جەريانى ئارقىلىق نېپىز پەردە لىتىي نىئوبات ماتېرىياللىرىغا ئورناتقىلى بولىدۇ ، شەكىللەنگەن دولقۇن كۆرسەتكۈچىنىڭ ئۈنۈملۈك سۇندۇرۇش كۆرسەتكۈچى پەرقى 0.8 دىن ئېشىپ كېتىدۇ (ئەنئەنىۋى لىتىي نىئوبات دولقۇن كۆرسەتكۈچىنىڭ 0.02 لىك سۇندۇرۇش كۆرسەتكۈچى پەرقىدىن خېلىلا يۇقىرى). شۇڭا ، قىسقا دولقۇندا تۆۋەن يېرىم دولقۇن بېسىمى ۋە چوڭراق كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكىنى قولغا كەلتۈرۈش پايدىلىق.

تۆۋەن زىيانلىق لىتىي نىئوبات سۇ ئاستى دولقۇن دولقۇنىنىڭ پەيدا بولۇشى ئەنئەنىۋى لىتىي نىئوبات ئېلېكتر ئوپتىكىلىق مودۇللىغۇچنىڭ يۇقىرى قوزغىتىش بېسىمىنىڭ بوتۇلكىسىنى بۇزىدۇ. ئېلېكترود ئارىلىقىنى ~ 5 مىللىمېتىرغا قىسقارتقىلى بولىدۇ ، ئېلېكتر مەيدانى بىلەن ئوپتىكىلىق ھالەت مەيدانى ئوتتۇرىسىدىكى قاپلىنىش نىسبىتى زور دەرىجىدە ئۆسىدۇ ، vπ · L 20 V · cm دىن ئېشىپ ، 2.8 V · cm دىن تۆۋەنلەيدۇ. شۇڭلاشقا ، ئوخشاش يېرىم دولقۇن بېسىمى ئاستىدا ، ئەنئەنىۋى مودېللىغۇچقا سېلىشتۇرغاندا ئۈسكۈنىنىڭ ئۇزۇنلۇقى زور دەرىجىدە تۆۋەنلەيدۇ. شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ، رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك ، ساياھەت دولقۇنى ئېلېكترودىنىڭ كەڭلىكى ، قېلىنلىقى ۋە ئارىلىقىنىڭ پارامېتىرلىرىنى ئەلالاشتۇرغاندىن كېيىن ، مودېللىغۇچ دەرىجىدىن تاشقىرى يۇقىرى مودۇللاش كەڭلىكى 100 GHz دىن يۇقىرى بولىدۇ.

رەسىم 1 （a） ھېسابلانغان ھالەت تەقسىماتى ۋە LN دولقۇن كۆرسەتكۈچىنىڭ كېسىشمە بۆلەكنىڭ （b） رەسىمى

رەسىم 2 （a） Waveguide ۋە ئېلېكترود قۇرۇلمىسى ۋە LN مودېللىغۇچنىڭ （b） يادرولۇق تاختىسى

نېپىز پەردە لىتىي نىئوبات مودۇللىغۇچنى ئەنئەنىۋى لىتىي نىئوبات سودا مودۇللىغۇچ ، كرېمنىينى ئاساس قىلغان مودۇللاشتۇرغۇچ ۋە ئىندىي فوسفات (InP) مودۇللىغۇچ ۋە باشقا يۇقىرى سۈرئەتلىك ئېلېكتر ئوپتىكىلىق مودۇللىغۇچنى سېلىشتۇرۇش ، سېلىشتۇرۇشنىڭ ئاساسلىق پارامېتىرلىرى:
.
.
(3) مودۇللاشتۇرۇلغان رايوندىكى ئوپتىك قىستۇرما يوقىتىش (dB). جەدۋەلدىن كۆرۈۋېلىشقا بولىدۇكى ، نېپىز پەردە لىتىي نىئوبات مودۇللاشتۇرغۇچنىڭ كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى ، يېرىم دولقۇن بېسىمى ، ئوپتىكىلىق ئۆز ئارا ئارىلىشىش زىيىنى قاتارلىقلاردا كۆرۈنەرلىك ئەۋزەللىكى بار.

كرېمنىي بىر گەۋدىلەشكەن ئوپتىكىلىق ئېلېكتروننىڭ ئۇل تېشى بولۇش سۈپىتى بىلەن ھازىرغىچە تەرەققىي قىلغان ، بۇ جەريان پىشىپ يېتىلگەن ، ئۇنىڭ كىچىكلىتىلگەنلىكى ئاكتىپ / پاسسىپ ئۈسكۈنىلەرنىڭ كەڭ كۆلەمدە بىرلىشىشىگە پايدىلىق ، ئۇنىڭ تەڭشىگۈچىسى ئوپتىكىلىق ئالاقە ساھەسىدە كەڭ ۋە چوڭقۇر تەتقىق قىلىنغان. كرېمنىينىڭ ئېلېكترو ئوپتىكىلىق تەڭشەش مېخانىزىمى ئاساسلىقى توشۇغۇچىنى ئازايتىش ، توشۇغۇچى ئوكۇل ۋە توشۇغۇچىنىڭ يىغىلىشى. بۇنىڭ ئىچىدە ، مودۇللىغۇچنىڭ كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى سىزىقلىق دەرىجىدىكى توشۇغۇچىنىڭ خورىشى مېخانىزىمى بىلەن ئەڭ ماس كېلىدۇ ، ئەمما ئوپتىكىلىق مەيداننىڭ تارقىلىشى خورىغان رايوننىڭ بىردەك بولماسلىقى بىلەن ئۆز-ئارا ماسلاشقانلىقتىن ، بۇ ئۈنۈم سىزىقسىز ئىككىنچى رەت بۇرمىلىنىش ۋە ئۈچىنچى رەت ئۆز-ئارا ماسلىشىشنى بۇرمىلاش شەرتلىرىنى ئوتتۇرىغا قويىدۇ ، بۇ توشۇغۇچىنىڭ نۇرغا سۈمۈرۈلۈش ئۈنۈمى ۋە سىگنالنىڭ بۇرمىلىنىشىنىڭ تۆۋەنلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

InP مودۇللىغۇچنىڭ ئېلېكتر ئوپتىكىلىق ئۈنۈمى كۆرۈنەرلىك بولۇپ ، كۆپ قەۋەتلىك كىۋانت قۇدۇق قۇرۇلمىسى Vπ · L بىلەن 0.156V · mm غىچە بولغان دەرىجىدىن تاشقىرى يۇقىرى سۈرئەت ۋە تۆۋەن قوزغىتىش بېسىمى مودۇللىغۇچنى ئەمەلگە ئاشۇرالايدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، سۇندۇرۇش كۆرسەتكۈچىنىڭ ئېلېكتر مەيدانى بىلەن ئۆزگىرىشى سىزىقلىق ۋە سىزىقسىز ئاتالغۇلارنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ ، ئېلېكتر مەيدانىنىڭ كۈچلۈكلۈك دەرىجىسىنىڭ ئېشىشى ئىككىنچى رەت ئۈنۈمىنى كۆرۈنەرلىك قىلىدۇ. شۇڭلاشقا ، كرېمنىي ۋە InP ئېلېكتر ئوپتىكىلىق مودۇللىغۇچ ئىشلىگەندە بىر تەرەپلىمە قاراش ئىشلىتىپ ، pn ئۇلىنىشىنى ھاسىل قىلىشى كېرەك ، pn ئۇلىنىشى نۇرغا سۈمۈرۈلۈش زىيىنى ئېلىپ كېلىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، بۇ ئىككىسىنىڭ مودۇللىغۇچنىڭ ھەجىمى كىچىك ، سودا InP مودېللىغۇچنىڭ چوڭلۇقى LN مودۇللىغۇچنىڭ 1/4 قىسمى. يۇقىرى تەڭشەش ئۈنۈمى ، يۇقىرى زىچلىق ۋە سانلىق مەلۇمات مەركىزى قاتارلىق قىسقا ئارىلىقتىكى رەقەملىك ئوپتىكىلىق تورغا ماس كېلىدۇ. لىتىي نىئوباتنىڭ ئېلېكتر ئوپتىكىلىق ئۈنۈمىدە نۇر سۈمۈرۈش مېخانىزمى ۋە تۆۋەن زىيان يوق ، بۇ ئۇزۇن مۇساپىلىك ماسلىشىشقا ماس كېلىدۇ.ئوپتىكىلىق ئالاقەسىغىمى چوڭ ۋە نىسبىتى يۇقىرى. مىكرو دولقۇنلۇق فوتون قوللىنىشچانلىقىدا ، Si ۋە InP نىڭ ئېلېكتر ئوپتىكىلىق كوئېففىتسېنتى سىزىقسىز بولۇپ ، يۇقىرى سىزىقلىق ۋە چوڭ ھەرىكەتچانلىقنى قوغدىغان مىكرو دولقۇنلۇق فوتون سىستېمىسىغا ماس كەلمەيدۇ. لىتىي نىئوبات ماتېرىيالى پۈتۈنلەي تۈز سىزىقلىق ئېلېكتر ئوپتىكىلىق مودۇللاشتۇرۇش كوئېففىتسېنتى بولغاچقا ، مىكرو دولقۇنلۇق فوتون ئىشلىتىشكە ئىنتايىن ماس كېلىدۇ.