Беспроводная передача на микроволновых частотах важна для приложений высокоскоростной передачи данных, таких как сети мобильной связи, спутниковые каналы и удаленная съемка изображений. Теперь Сяньшу Луо и его коллеги из Института микроэлектроники A * STAR в Сингапуре исследовали различные конструкции кремниевого модулятора, который обеспечивает быстрое преобразование данных из электрических в оптические сигналы.Ключевым компонентом микроволновой фотонной сети является модулятор, который преобразует электрический сигнал в оптический. «Производительность микроволновой фотонной системы зависит от качества этого преобразования, которое определяется такими факторами, как потери, шум и искажение сигнала», — объясняет Луо. Поскольку модулятор выполняет роль моста между оптическими компонентами и электроникой на основе кремния, он должен быть изготовлен на кремниевом кристалле.
Исследователи построили свои модуляторы в соответствии со стандартными спецификациями, используемыми для полупроводниковой электроники. Типичный модулятор состоит из двух небольших каналов для света, так называемых волноводов, вытравленных в кремниевом чипе (см. Изображение).
Свет подается в волновод на чипе, который затем разделяется на два; модуляция происходит, когда эти два луча воссоединяются. Если свет, проходящий через один канал, немного задерживается по сравнению со светом в другом канале, сигналы от обоих лучей либо подавляют друг друга, либо усиливают друг друга. Это свойство используется для генерации сигналов «0» и «1» для цифровой передачи.
В кремниевых модуляторах передача света в одном волноводе задерживается за счет подачи радиосигнала, в результате чего электрические заряды либо добавляются, либо удаляются с материала, окружающего волновод. Это добавление или вычитание заряда изменяет оптические свойства кремния.Модуляторы, основанные на добавлении или удалении электрических зарядов, имеют разные атрибуты.
В то время как первоначальная инжекция носителей электрического заряда — зарядов, которые могут свободно перемещаться — происходит быстро в модуляторах, основанных на добавлении зарядов, рекомбинация носителей требует времени, что замедляет общую скорость. Модуляторы, в которых удалены электрические носители, уменьшающие нелинейные оптические эффекты, вызывают меньше шума в модулированных сигналах.
Различные характеристики двух типов модулятора означают, что они подходят для разных приложений, и эксперименты исследователей помогают обосновать этот выбор. По словам Луо, обе конструкции обладают высокой скоростью, при этом тестируемые устройства имеют рабочую полосу пропускания около 10 гигагерц. «Совсем недавно мы продемонстрировали аналогичные модуляторы с еще большей полосой пропускания до 28 гигагерц, что означает, что они могут работать с еще более высокими скоростями передачи данных», — говорит он.