Oireann Modhnóirí Optúla Comharthaí Ard-Minicíochta

 

An tromluí meaitseála treoluas

Seo a bhfuil sna téacsleabhair agus iad ag déanamh cur síos ar mhodhnóirí taistil-wave Mach-Zehnder.

I litiam niobate, suíonn an t-innéacs micreathonn thart ar 4.2 agus athraíonn an t-innéacs optúil gar do 2.2. Ciallaíonn an mhí-oiriúnú sin comharthaí RF agus forleagann tonnta solais ar luasanna atá éagsúil go mór trí do struchtúr leictreoid. Ag minicíochtaí ísle, is cuma le duine ar bith - go bhfuil fad an idirghníomhaithe gearr go leor gur beag an t-imeacht céime. Brúigh isteach sa réimeas gigahertz agus go tobann taispeánann do mhodúltóir atá deartha go hálainn rolladh bandaleithead a fhágann go bhfuil cuma fantaisíochta ar na huimhreacha sonraí.

Baineann an deisiú le hinnealtóireacht leictreoidí ilchasta. Méadaíonn tú sraitheanna maoláin, leathnaíonn tú bearnaí, cuireann tú struchtúir luchtaithe capacitive, go bunúsach rud ar bith chun an micreathonn a mhoilliú agus nach scriosann tú d'éifeachtúlacht modhnú sa phróiseas. D’athraigh litiam niobate scannán tanaí an cluiche rud éigin - trí sholas a shrianadh do thonntreoraithe fo-, laghdaítear an t-innéacs optúil éifeachtach go nádúrtha agus tugann sé meaitseáil treoluas laistigh de rochtain gan na contrárthachtaí a theastaíonn ó ghléasanna traidisiúnta toirtiúla.

Chaith mé trí mhí in 2019 ag dífhabhtú dearadh modulator 40 GHz áit a raibh cuma iontach ar an bandaleithead insamhlaithe agus an freagra tomhaiste cráite os cionn 25 GHz. Iompaigh sé amach a bheith ar an culprit ionduchtaithe seadánacha san eitleán talún go raibh aon duine samhaltú i gceart. Trí mhí.

 

Cén fáth go bhfuil an bua fós ag litiam niobate (den chuid is mó)

In ainneoin na mblianta fada d’fhorbairt fótóinic leathsheoltóra, tá LiNbO₃ fós ar an rogha réamhshocraithe do mhodhnóirí ardfheidhmíochta i naisc fhótónacha teileachumarsáide agus RF. Níl na cúiseanna mistéireach: comhéifeacht r₃₃ de thart ar 31 pm/V, trédhearcacht optúil ó 350 nm go 5 μm, agus bonneagar monaraithe aibí a sheachadann torthaí comhsheasmhacha.

-réabhlóid scannán tanaí - fhoshraitheanna micrea-LN ar fhoshraitheanna sileacain nó nítríde sileacain - feidhmíocht dhíghlasáilte nach bhféadfadh bulcglistí a bhaint amach. Tá léirithe le déanaí tar éis bandaleithead 3{-dB a bhrú thar 110 GHz agus táirgí ar fhad voltais timpeall 2.2 V·cm. Cuir é sin i gcomparáid le gnáth-thonntreoraithe tíotáiniam-idirleata óna dteastaíonn 5-6 V·cm agus tuigeann tú cén fáth ar chuir gach duine suim go tobann i TFLN timpeall 2018.

Ach tá saincheisteanna san ábhar nach gcuireann díoltóirí béim orthu sa litríocht margaíochta.

 

Tá damáiste photorefractive fíor agus annoying

 

Z-gearrtha in aghaidh X-ghearradh: an trádáil shíoraí

Cinneann treoshuíomh criostail cibé an gcloíonn do mhodúltóir.

Z-gearrtha gléasanna leictreoidí suite díreach os cionn agus faoi bhun an treoir-tonn, ag uasmhéadú forluí an réimse leictrigh leis an mód optúil. Faigheann tú Vπ níos ísle, rud a chiallaíonn níos lú cumhachta tiomána RF ag teastáil le haghaidh doimhneacht modhnú iomlán. Is éard atá i gceist leis an ngabháil ná modhnú céime neamhshiméadrach idir an dá ghéag trasnamhéadair - nuair a bhrúlann tú déine síos, cuireann tú athruithe minicíochta nach dteastaíonn ar do chomhartha ag an am céanna.

Cuireann cumraíochtaí X-gearrtha leictreoidí in aice leis an tonnthreoir i socrú tarraingthe siméadrach. Bíonn aistrithe céime comhionann agus codarsnacha ag an dá lámh. chirp nialais. Modhnú aimplitiúid glan. Ach fulaingíonn an forluí réimse, ag tiomáint Vπ níos airde agus ag éileamh aimplitheoirí RF beefier.

Maidir le cumarsáid dhigiteach a ritheann NRZ ag 10 Gb/s, d'fhéadfadh chirp cabhrú le - is féidir leis scaipeadh crómatach thar faid snáithíní áirithe a chúiteamh i bpáirt. I gcás naisc fhótónacha analógacha RF ina bhfuil tábhacht le líneacht, beidh X gearrtha éigeantach.

 

Déanann leictrea-ionsú rudaí ar bhealach difriúil

Baineann EAManna atá bunaithe ar leathsheoltóirí leas as aistrithe ionsúcháin imeall bhanda seachas athruithe athraonta innéacs. Cuir laofacht droim ar ais i bhfeidhm ar struchtúr tobair chandamach agus athaistrithe imeall an ionsú tríd an éifeacht chandamach teoranta - saobhtar feidhmeanna tonn exciton, laghdaítear fuinneamh ceangailteach, agus ionsúitear fótóin a tarchuireadh roimhe seo.

Áilleacht an chur chuige seo: ceanglais fo-thiomáint volta agus comhoiriúnacht intreach le comhtháthú léasair III-V. Is féidir leat do léasair DFB agus modulator a dhéanamh ar an sliseanna InP céanna, ag fáil réidh le caillteanais cúplála snáithíní agus tinneas cinn ailínithe.

An ghránna: íogaireacht tonnfhad a fhágann go bhfuil cuma leathanbhanda ar LiNbo₃ i gcomparáid. Titeann cóimheasa díothaithe EAM má shreabhann do léasair fiú cúpla nanaiméadar. Ní-soshannta an rialú teochta.

Chomh maith leis sin, gineann ionsú fótavoltach go bunúsach. Ag cumhachtaí optúla arda modhnaíonn an sruth seo dáileadh an réimse leictrigh ar fud na toibreacha chandamach, rud a fhágann go n-éireoidh éifeachtacht modhnúcháin ag brath ar chumhacht ar bhealaí a dhéanann casta ar dhearadh naisc.

 

Cad é i ndáiríre teorainn bandaleithead

Comhcheanglaíonn daoine roinnt teorainneacha sainiúla bandaleithead agus cruthaíonn sé mearbhall.

Braitheann bandaleithead leictreach ar thaisigh ama RC ó toilleas acomhal agus friotaíocht leictreoid, chomh maith le -éifeachtaí tonnta taistil ar nós neamhréire treoluas agus caillteanas micreathonn. Is iondúil go mbíonn na fachtóirí seo chun tosaigh i ngléasanna dea-dheartha.

Braitheann bandaleithead optúil - a chiallaíonn an raon tonnfhaid a bhfuil éifeachtúlacht modhnú thar a bheith tairiseach thart ar - ag brath ar scaipeadh ábhair agus dearadh tonntreoraithe. Maidir le feistí litiam niobate tá sé seo ollmhór de ghnáth, a chuimsíonn na céadta nanaiméadar. I gcás EAMs d'fhéadfadh sé a bheith 20-30 nm má tá an t-ádh leat.

Luíonn an t-am freagartha ábhair intreach don éifeacht Pockels sa réimeas femtosecond. Níor thóg aon duine modulator tapa go leor chun an teorainn seo a fheiceáil. Freagraíonn iarmhairt Franz-Keldysh chomh tapaidh céanna. Nuair a luann díoltóirí “am freagartha 1 ps” bíonn siad ag caint faoi lascadh leictreach teoranta RC, ní fisic bhunúsach.

 

 

Tá níos mó tábhachta ag baint le meaitseáil bacainní ná mar a cheapann tú

Glacann córais RF caighdeánach 50Ω i ngach áit. Is minic a chuireann modhnóirí optúla ualaí imoibríocha i láthair a athraíonn de réir minicíochta - iompraíonn an criostail mar toilleoir caillteach i gcomhthreo le cibé friotaíocht leictreoid atá ann.

Tiomáin-modhnóir ardmhinicíochta le foinse nach ionann é agus feicfidh tú frithchaitheamh a dhéanann damáiste d’aimplitheoirí, tonnta seasta a chruthaíonn sceitheanna freagartha cleithiúnacha minicíochta, agus éifeachtacht seachadta cumhachta a thiteann go díreach nuair is mó a theastaíonn uait.

Cuidíonn dearaí tonnta taistil trí bhac dáilte a chur i láthair feadh fhad an leictreoid. Súnn friotóirí foirceannacha an rud nach nascann leis an réimse optúil. Ach chun fíor-mheaitseáil 50Ω a bhaint amach ó DC trí 100 GHz tá gá le cruinneas ionsamhlúcháin a bhrúnn uirlisí tráchtála EM chun a dteorainneacha.

Glacann modhnóirí athshondach a mhalairt de chur chuige - ag déanamh mímheaitseála d’aon ghnó chun ciorcad umar Q ard a chruthú a athraíonn voltais ionchuir ísle go-réimsí scála cileavoltacha a theastaíonn le haghaidh lánluasctha Vπ. Oibríonn sé go hiontach ar mhinicíocht amháin. Gan úsáid le haghaidh feidhmchláir leathanbhanda.

 

Níl aon duine ag iarraidh an fhadhb a bhaineann le sruth claonta a phlé

Cuir voltas DC i bhfeidhm ar mhodúltóir niobate litiam agus fan. Téann an pointe oibriúcháin ar seachrán.

Tarlaíonn sé seo toisc nach bhfuil struchtúr an ghléis amháin frithsheasmhach - tá sraitheanna maolánacha agat, réigiúin idirleata tíotáiniam, foshraith neamhdhópáilte, agus seoltaí éagsúla agus tairisigh thréleictreacha acu go léir. Athdháileann muirear thar uaireanta go laethanta, ag scagadh an réimse feidhmeach agus ag aistriú an fheidhm aistrithe.

Laghdaíonn dearaí modhnóirí cuí an sruth trí roghnú cúramach ábhar agus rialú próisis monaraithe. Ach ní chiallaíonn "íoslaghdú" "deireadh a chur." Áirítear le gach suiteáil thromchúiseach rialaitheoirí claonta a dhéanann monatóireacht ar aschur optúil agus a choigeartóidh voltas go leanúnach chun an pointe oibriúcháin atá ag teastáil a choinneáil.

Cuireann an éifeacht pirealeictreach ciseal eile de neamhní. Gineann athruithe teochta polarú spontáineach atá díreach cosúil le voltas feidhmeach ó thaobh na criostail de. Cuir do mhodúltóir in aice le foinse teasa agus féach ar an bpointe claonta ag damhsa thart.

 

Tá modhnóirí plasmanacha ann ach fanann siad coimhthíocha

Fuaimeann an pháirc an-láidir: déan réimsí solais agus RF araon a theorannú do bhearnaí nanascála ag baint úsáide as modhanna plasmon dromchla, ag baint amach éifeachtúlacht modhnú dodhéanta le tonntreoracha fótónacha.

Léiríonn torthaí le déanaí táirgí VπL faoi bhun 0.1 V·cm agus faid leictreoid faoi 20 μm. Sroicheann an bandaleithead i bhfad níos faide ná 100 GHz toisc go bhfuil gach rud chomh beag go n-éiríonn meaitseáil treoluas fánach.

Tá caillteanas i gceist leis an ngabháil. Scaipeann modhanna plasma fuinneamh isteach i dtéamh miotail. Fágann caillteanais ionsáite 10-15 dB in aghaidh an ghléis-buiséid leibhéalchumhachta an chórais deacair. Agus éilíonn cúpláil solais ó shnáithíní caighdeánacha aon-mhodha isteach i sliotáin plasmónacha nana-scála struchtúir barrchaolaithe a ídíonn limistéar sliseanna agus a chuireann a gcaillteanas féin leis.

Maidir le hiarratais nideoige ina bhfuil éifeachtúlacht trump méid agus luas, déanann plasmonaic ciall. Maidir le trasghlacadóirí teileachumarsáide a sheolann na milliúin aonad, fanann an teicneolaíocht acadúil.

 

Ba mhaith le fótónaic sileacain dul san iomaíocht

Tairgeann modhnóirí ídiú iompróra i sileacain comhoiriúnacht CMOS agus dlús comhtháthaithe nach féidir le litiam niobáit a mheaitseáil. Déan do mhodúlóir taobh le leictreonaic tiománaithe ar an sliseog chéanna ag baint úsáide as próisis a ritheann ar scála cheana féin ag teilgcheártaí.

Tá feabhas mór tagtha ar fheidhmíocht - 50 Is gnáthamh bandaleithead GHz, oibríocht 85 Gbaud léirithe. Ach braitheann an mheicníocht bhunúsach ar ionsú saor iompróra agus scaipeadh plasma, idir éifeachtaí laga a éilíonn fad idirghníomhaithe níos faide nó feabhsú athshondach chun cóimheasa díothaithe réasúnta a bhaint amach.

Déanann cur chuige hibrideach a nascann - scannán tanaí LN ar chiorcaid fhótónacha sileacain iarracht tairbhí ón dá shaol a fháil. Faigheann tú éifeachtacht modhnú niobate litiam le dlús comhtháthaithe sileacain. Méaduithe dá réir ar chastacht déantúsaíochta.

 

Athraíonn íogaireacht teochta go fiáin

Taispeánann litiam niobate comhéifeachtaí teirmeafosúla láidre - timpeall 3.9×10⁻⁵ / céim don innéacs urghnách. Aistríonn luascadh 10 gcéim do laofacht idirfhiriméadar thart ar cheathrú tonnfhad mura mbíonn tú cúramach.

Tá saincheisteanna comhchosúla ag dul i ngleic le modhnóirí leathsheoltóra chomh maith le hathruithe bandaga a athraíonn imill ionsúcháin.

Is éard atá i gceist leis an réiteach caighdeánach ná dearadh athermal (cosáin tonntreoraithe a shocrú ionas go gcuirfear athruithe teochta spreagtha ar ceal) nó cobhsú teochta gníomhach ag baint úsáide as fuaraitheoirí teirmeleictreacha. Níl ceachtar den dá chur chuige saor in aisce - ídíonn dearaí athermal achar sliseanna agus tarraingíonn córais TEC cumhacht agus cuireann siad modhanna teipe leis.

Bíonn luasanna teochta comhthimpeallacha ag córais imlonnaithe a ndéanann taispeántais saotharlainne neamhaird orthu go áisiúil. D'fhéadfadh go n-éireodh le rud a oibríonn go hálainn ag 25 céim nach féidir a úsáid ag -40 céim nó +85 céim gan dianiarracht innealtóireachta.

 

Is mó costais phacáistithe

Ní dhéantar dearmad air seo i gcónaí.

D'fhéadfadh go gcosnódh an sliseanna modulator iarbhír cúpla dollar i méid. Cuireann pacáistiú sliseanna le nascóirí RF, pigtails snáithíní, fótabhrait monatóireachta claonta, bainistíocht teirmeach, agus séalaithe heirméiteach $500-2000 go héasca le bille na n-ábhar.

Déanann oibríocht ardmhinicíochta an pacáistiú níos deacra toisc go bhfuil tábhacht ag baint le gach ionduchtú bannaí sreinge agus neamhleanúnachas cónascaire. 40 gléasanna GHz go dteastaíonn aird chúramach ar leanúnachas eitleáin talún. 100 Éilíonn gléasanna GHz smeach-nascáil sliseanna nó teicnící inchomparáide a chuireann céimeanna próisis leis agus a laghdaíonn táirgeacht.

Tá an tionscal tar éis dul i bhfeabhas air seo le fiche bliain anuas, ach is é an pacáistiú fós an chúis a chosnaíonn modhnóirí tráchtála an méid a dhéanann siad.

 

Cad atá i ndáiríre loingseoireachta i toirt

In ainneoin na dtorthaí taighde spreagúla ar fad, is mó a úsáideann an margadh teileachumarsáide toirte ard gléasanna a mbeadh cuma an-mhór orthu cúig bliana ó shin agus gnáth inniu.

20-Is mó MZM litiam niobate 40 GHz le haghaidh tarchur comhleanúnach 100G/400G. Tá modhnóirí fótónacha sileacain le feiceáil i idirnasc datacenter áit a bhfuil níos mó tábhachta ag baint le comhtháthú le leictreonaic ná feidhmíocht amh. Freastalaíonn EAManna atá bunaithe inP{-atá comhtháite le DFBanna ar fheidhmchláir ghearr-rochtana nuair a shonraíonn costas agus méid feidhmíochta trumpa.

Fanann na léirithe fuilithe100+ GHz i saotharlanna nó i bhfeidhmchláir speisialtachta toirte beaga. Tógann sé blianta chun teacht in aibíocht ar tháirgeacht déantúsaíochta, ar cháilíocht iontaofachta agus ar laghdú costais.

 

Níl an iontaofacht glamorous ach tá sé riachtanach

Bíonn iompróirí teileachumarsáide ag súil le saolré páirce 20 bliain. Ciallaíonn sé sin cobhsaíocht an tsrutha claonta a léiriú trí aosú luathaithe, a chruthú go maireann sláine an cheangail shnáithíneach as an timthriall teirmeach, agus go gcáilíonn sé gach séala heirméiteach in aghaidh dul isteach taise.

Tá fiche nó tríocha bliain de shonraí iontaofachta ag feistí litiam niobate a thacaíonn lena n-úsáid i gcáblaí faoin bhfarraige agus i naisc chnámh droma talún. Tá grinnscrúdú níos deacra le sárú ag teicneolaíochtaí níos nuaí toisc nach bhfuil saintréith iomlán ag na modhanna teipe fós.

Baineann saincheist athfhillteach amháin le díghrádú leictreoid ag leibhéil arda cumhachta RF. Méadaíonn imirce miotail, foirmiú ocsaíd, agus strus meicniúil ó thimthriallta teirmeach de réir a chéile caillteanas isteach agus athrú Vπ. Déanann tástáil luathaithe ag teochtaí ardaithe iarracht deireadh{2}}na-iompraíochta saoil a thuar ach tá an comhghaol idir torthaí saotharlainne agus taithí allamuigh fós neamhfhoirfe.

 

Na huimhreacha atá tábhachtach

Agus modúlóir á mheas le haghaidh feidhmchláir ardmhinicíochta, tá aird tuillte ag na sonraíochtaí seo:

3-dB electro-bandaleithead snáthoptaice - ní hé an pointe -6 dB a sníonn roinnt sonraí isteach. D'fhéadfadh sé nach seachadfadh sonraíocht 40 GHz ag -6 dB ach 25 GHz ag -3 dB.

Vπ ag do mhinicíocht oibriúcháin, ní DC. Is cúis le caillteanas leictreoid agus neamhréir treoluas go méadaíonn Vπ le minicíocht i bhformhór dearaí na dtonnta taistil.

Caillteanas isteach lena n-áirítear cúpláil snáithíní. Breathnaíonn-uimhreacha leibhéal sliseanna níos fearr ná uimhreacha gléasanna pacáistithe, uaireanta is amhlaidh go mór.

Cóimheas díothaithe faoin modhnú, ní statach. Laghdaíonn neamhfhoirfeachtaí tiomáint RF agus teorainneacha bandaleithead codarsnacht insroichte ag minicíochtaí arda.

Caillteanas tuairisceáin nó S11 chun cáilíocht mheaitseála impedance a thréithriú. Léiríonn drochchaillteanas tuairisceáin machnaimh a chuirfidh fadhbanna i do slabhra RF.

Ní thomhaiseann aon duine gach rud atá uait faoi do choinníollacha oibriúcháin go díreach. Teastaíonn taithí chun na huimhreacha a aistrítear chuig d’iarratas a aithint agus sonraí a léiriú agus na cásanna is fearr nach mbainfidh tú amach go deo.

 

Treoracha don todhchaí a d'fhéadfadh a bheith tábhachtach

Leanann comhtháthú níos airde ag brú na teicneolaíochta modhnóra i dtreo ciorcaid chomhtháite fhótónacha a chomhcheanglaíonn léasair, modulators, aimplitheoirí, agus ilphléacsóirí ar sceallóga aonair. Laghdaíonn sé seo caillteanais cúplála snáithíní, cuireann sé deireadh le comhthionól scoite comhpháirteanna, agus cuireann sé ar chumas feidhmiúlacht dodhéanta le feistí scoite.

Éilíonn an t-aistriú i dtreo rátaí baud níos airde - 100+ Gbaud le haghaidh tarchur comhleanúnach - bandaleithead modulator is ar éigean a bhaineann táirgí reatha tráchtála amach. Is cosúil go bhfuil feistí TFLN suite chun an riachtanas seo a chomhlíonadh má éiríonn le scálaí déantúsaíochta.

Optaic chomhphacáistithe a chuireann fótóinic go díreach ar an lasc Léiríonn ASICanna teorainn chomhtháthaithe eile. Éiríonn na comhéadain leictreacha thar a bheith gearr, rud a d'fhéadfadh bandaleithead níos airde a chumasú le cumhacht níos ísle ná na trasghlacadóirí reatha inphlugáilte.

Braitheann cibé an mbuaileann aon teicneolaíocht ar leith níos lú ar fheidhmíocht amh ná ar chostas déantúsaíochta, ar aibíocht an tslabhra soláthair, agus ar fhachtóirí - tacaíochta éiceachórais a bhogann níos moille ná mar a thabharfadh torthaí saotharlainne le tuiscint.

Is dócha go mbeidh cuma an-chosúil ar an modúlóir a imlonnóidh tú an bhliain seo chugainn leis an méid a seoladh trí bliana ó shin, is cuma cad a gheallann páipéir chomhdhála.