CC BY
24ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2021 • ФИЗИКА • Вып. 2
УДК 538.9, 535.8 PACS 42.79.Gn, 77.84.Ek
Подавление дрейфа рабочей точки интегрально-оптических схем на основе ниобата лития
А. В. Сосунов1"'", Р. С. Пономарев1'2, А. А. Журавлев3, С. С. Мушинский3, М. Кунева4
:Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15
2Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения РАН, 614990, Пермь, ул. Ленина, 13а
3Пермская научно-производственная приборостроительная компания, 614990, Пермь, ул. 25 Октября, 106
4Институт физики твердого тела Академии наук Болгарии Tzarigradsko Chaussee 72, Blvd., 1784 Sofia, Bulgaria f alexeisosunov@gmail.com
Работа посвящена исследованию дрейфа рабочей точки интегрально-оптических схем на основе протонообменных волноводов, созданных в кристаллах ниобата лития с восстановленной структурой приповерхностного слоя. Восстановление нарушенного приповерхностного слоя проводили с помощью процедуры гомогенизирующего предотжига пластин ниобата лития при температуре 500 °С. Дрейф рабочей точки характеризуется постоянным изменением выходной оптической мощности интегрально-оптических схем при приложении напряжения смещения к электродам или изменении температуры. Показано, что восстановление нарушенного приповерхностного слоя ниобата лития приводит к двукратному снижению кратковременного и долговременного дрейфов рабочей точки интегрально-оптических схем. Исследовано влияние структуры приповерхностного слоя кристалла на дрейф рабочей точки интегрально-оптических схем на основе ниобата лития.
Ключевые слова: ниобат лития; интегрально-оптическая схема; рабочая точка; протонообменные волноводы; приповерхностный слой; дрейф рабочей точки модулятора
Поступила в редакцию 15.03.2021; после рецензии 26.03.2021; принята к опубликованию 31.03.2021
Reduction of drift of operating point in lithium nio-bate-based integrated-optical circuit
A. V. Sosunov1"'", R. S. Ponomarev1,2, A. A. Zhuravlev3, S. S. Mushinsky3, M. Kuneva4
1 Perm State University, 15 Bukirev st., 614990, Perm, Russia
2 Perm Federal Research Center UB RAS, 614990, Perm, Lenina St.,13a
3 Perm Scientific-Industrial Instrument Making Company, 25 October st., 614990, Perm, Russia
4 Institute of Solid State Physics Bulgarian Academy of Sciences, Tzarigradsko Chaussee 72, Blvd., 1784 Sofia, Bulgaria
f alexeisosunov@gmail.com
This work is devoted to the study of the drift of the operating point of integrated-optical circuits based on proton-exchange waveguides in lithium niobate crystal with a recovered structure of the near-surface layer. Recovered of the damaged near-surface layer of lithium niobate wafer was carried out using pre-annealing at temperature of 500 °C. Drift of operating point is characterized by a constant change in the optical output power of the integrated-optical circuits when a bias voltage is applied to the electrodes or temperature changes. Recovered of the damaged near-surface layer of lithium niobate wafer leads to a decrease in the short-term and long-term drifts of the operating point of integrated-optical circuits. Crystal structure factor was investigated on the drift of operating point of integrated-optical circuits based on lithium niobate crystal.
© Сосунов А. В., Пономарев Р. С., Журавлев А. А. и др., 2021
распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
Keywords: lithium niobate; integrated-optical circuit; operating point; proton-exchange waveguides; near-surface layer; modulator operating point drift
Received 15.03.2021; revised26.03.2021; accepted31.03.2021
doi: 10.17072/1994-3598-2021-2-05-13
1. Введение
Интегрально-оптические схемы (ИОС) на основе ниобата лития (LiNbO3, НЛ) подробно описаны в научной литературе, как эффективные широкополосные устройства с низкими оптическими потерями. Такие ИОС широко применяются в телекоммуникационных системах с высокой скоростью передачи данных, волоконно-оптических гироскопах и сенсорах, где необходима внешняя модуляция сигнала [1].
Несмотря на значительный прогресс в производстве ИОС на основе НЛ [2], до сих пор нет однозначного решения одной из основных проблем -дрейфа рабочей точки (РТ) ИОС при их длительной эксплуатации в составе системы передачи данных. Дрейф РТ заключается в постепенном смещении РТ по передаточной функции от заданного драйвером оптимального положения при постоянных внешних условиях.
Передаточная функция ИОС связывает выходную оптическую мощность Pout с электрическим напряжением V, приложенным к электродам ИОС:
Pout(v, t,т) = ^(i + cos g+Ф0а,n]), (i)
где, Lin - вносимые оптические потери, Pin - входная оптическая мощность, Ф0 - фазовый сдвиг, Vn -полуволновое напряжение или напряжение необходимое для перехода по мощности от максимума Pmax к минимумуPm/и и определяется:
V = ,
П Y'L'neffreff'
(2)
где у - интеграл перекрытия электрического поля и волноводов, X - длина волны излучения, L - длина активной части волноводов, d - расстояние между электродами, nef - эффективный показатель преломления волновода, reff - эффективный электрооптический коэффициент, обусловленный материалом, оптической поляризацией и конструкцией электродов [3].
Передаточная функция является нелинейной (рис. 1) и зависит от конструкционных параметров устройства - L, d, X и от материальных параметров кристалла и волновода - reff и nef Конструкционные параметры являются константами или надежно контролируются при работе ИОС. Материальные параметры зависят от температуры Т, эффекта фоторефракции, пиро- и пьезоэлектрического эффектов в кристалле НЛ и механических напряжений. Такая зависимость довольно сложна, но имеет понятную природу и может быть учтена при конструировании ИОС и их эксплуатации.
Рис. 1. Передаточная функция ИОС
Однако длительные исследования ИОС показали, что РТ может дрейфовать при постоянной температуре и приложенном внешнем электрическом напряжении [4,5]. Эти явления связаны с дрейфом подвижных заряженных дефектов в кристаллической решетке и исследованы гораздо слабее.
Множество современных работ [6-12] посвящено устранению дрейфа рабочей точки ИОС посредством разработки конструкции и улучшения методов корпусирования устройства. Сравнительный анализ основных методов устранения дрейфа рабочей точки ИОС представлен в работе [13]. Однако в работе [14] показано, что основной причиной дрейфа РТ является наличие заряженных дефектов в структуре кристалла НЛ. При приложении напряжения к электродам ИОС происходит перераспределение этих заряженных дефектов в области протонообменных волноводов, приводящее к появлению зависящего от времени деполяризующего электрического поля. То есть основной вклад в дрейф РТ вносят именно материальные параметры, а не конструкция или способ сборки. Этот вывод на первый взгляд может показаться тривиальным, однако в работах, посвященных исследованию процессов дрейфа РТ, не уделялось должного внимания материальным параметрам кристалла, в частности составу, структуре и свойствам приповерхностного слоя, в котором сформирован волновод, а также плотности дислокаций в этом слое и коэффициентам диффузии точечных дефектов. Нашей группой были проведены экспериментальные исследования состояния приповерхностного слоя кристалла НЛ и показано, что данный слой имеет несовершенную структуру с элементами фрагментации [15]. Эти изменения структуры кристалла НЛ необходимо рассматривать с микроскопической точки зрения как увеличение числа точечных дефектов и дислокаций в области протонооб-менных волноводов, что является важным для понимания механизмов подавления дрейфа РТ.
В недавно проведенном исследовании [16] было подтверждено, что измененное соотношение
[Li]/[Nb] может указывать на существование более сложных форм несовершенств структуры приповерхностного слоя кристалла НЛ, например легких путей диффузии в виде сеток дислокаций. Далее мы предложили [17] методику восстановления нарушенного приповерхностного слоя кристалла НЛ для повышения однородности его структуры и снижения дрейфа РТ в ИОС.
В настоящей работе мы делаем следующий шаг: исследуем поведение ИОС на основе протонооб-менных волноводов, сформированных на пластинах НЛ с восстановленной кристаллической структурой. Целью работы является оценка влияния приповерхностной структуры кристалла НЛ на дрейфовые процессы в ИОС.
2. Эксперимент
2.1. Изготовление ИОС
Для изготовления ИОС использовали НЛ конгруэнтного состава X-среза производства Crystal Technology Inc. Одну из пластин НЛ предварительно отжигали при температуре 500 °С в течение 3 ч с последующим медленным охлаждением вместе с печью для восстановления структуры нарушенного приповерхностного слоя согласно [17]. Данная температура является оптимальной для получения более однородной структуры приповерхностного слоя кристалла НЛ и протонообменных оптических волноводов. Далее пластины очищали в изопропиловом спирте и деионизированной воде в течение 10 мин на каждом этапе создания элементов ИОС.
Канальные волноводы создавали с помощью прямой фотолитографии. В качестве защитной пленки использовали слой Al2O3 толщиной 300 нм, нанесенный методом электронно-лучевого напыления. Далее наносили позитивный фоторезист толщиной 1 мкм. После сушки и проявки фоторезиста удаляли остатки защитной пленки Al2O3 в растворе азотной кислоты. В результате были сформированы волноводные каналы шириной около 6 мкм, являющиеся одномодовыми на длине волны 1550 нм.
Протонный обмен проводили в закрытом циркониевом реакторе при температуре 170 °С в течение 2 ч с последующим охлаждением со скоростью 10 °С/мин. Отжиг проводили при температуре 350 °С в течение 5.5 ч с последующим охлаждением вместе с печью.
На следующем этапе методом вакуумного напыления на поверхность подложки НЛ наносили слой золота толщиной порядка 0.5 мкм. Для формирования конечной структуры электродов также использовали процесс фотолитографии и химического травления. Пару полученных пластин с нанесенными на их поверхности оптическими волноводами и электродами нарезали на блоки шириной 15 мм. В результате была получена пара чипов с восстановленной структурой НЛ и пара стандартных (без
дополнительного технологического вмешательства). Все чипы были получены при идентичных технологических параметрах. На завершающем этапе проводили стыковку чипов с оптическим волокном с помощью системы микропозиционеров и системы технического зрения (рис. 2).
Из описанных выше технологических циклов изготовления интегральных элементов на поверхности НЛ влияние на изменения в структуре кристалла оказывает только протонный обмен, а не сопутствующие побочные физико-химические процессы, а именно:
• максимальная температура нагрева кристалла (350 °С) существенно ниже температуры начала перестройки состава кристалла (выше 600 °С), а пироэлектрический эффект характерен для Z-среза кристалла, в котором перераспределение ионов Li+ происходит вблизи двух полярных граней. Для Х-среза НЛ данные процессы не характерны ввиду того, что направление нормали к Х-срезу кристалла является неполярным. С учетом сильных связей между кислородным каркасом и ионами №+5 можно утверждать, что в ходе создания волноводов по описанной технологии не происходит изменения состава кристалла в тех областях, где он не подвергается протонному обмену;
• время травления фоторезиста подбирается таким образом, чтобы исключить взаимодействие кислоты и подложки. Что касается процесса проявки, то НЛ инертен к органическим проявителям;
• УФ облучение в процессе стыковки чипов с волокном может вызывать генерацию свободных электронов в НЛ под действием фотовольтаиче-ского эффекта, но время их релаксации в решетке кристалла много меньше времени между сборкой и испытаниями ИОС.
Стыковочный
Оптические модуль
Рис. 2. Схематическое изображение ИОС
2.2. Методы исследования
2.2.1. Оптические потери. Дрейф рабочей точки в зависимости от приложенного напряжения (кратковременный дрейф). В научной литературе дрейф РТ разделяется обычно на долговременный (long-term drift) и кратковременный (short-term drift). Долговременный дрейф характеризует процессы, происходящие в кристалле в диапазоне времени от десятка минут до месяцев и лет, любо в течение всего жизненного цикла работы устрой-
ства. Кратковременный дрейф описывает процессы, происходящие сразу после подачи напряжения на систему электродов ИОС и, прекращающиеся, как правило, в течение нескольких минут после изменения напряжения. Мы полагаем, что оба вида дрейфа имеют одинаковую природу, связанную с движением заряженных дефектов в решетке кристалла НЛ. В данной работе мы исследовали кратковременный дрейф рабочей точки ИОС, подавая на электроды постоянное напряжение и записывая при этом изменение Рш. В отсутствие дрейфа оптическая мощность Ри должна мгновенно стабилизироваться после подачи напряжения V на электроды. Однако измеряемое значение Ри менялось в течение некоторого времени после подачи напряжения. Наиболее интересные результаты удалось получить при скачкообразной смене знака подаваемого напряжения. Все эксперименты проводились в диапазоне напряжений ±8 В с шагом 1 В и с выдержкой в течение 5 мин после смены знака приложенного напряжения. В качестве источника напряжения использовали батарейку, как малошумящий химический источник. На основе полученных результатов проводили анализ времени дрейфа рабочей точки ИОС. В качестве источника света использовали высокостабильный узкополосный лазер с длиной волны 1550 нм и мощностью 3 мВт. Схематичное изображение экспериментальной установки представлено на рис. 3.
Погонные потери протонообменных волновод в НЛ определяли по наклону кривой величины обратных отражений с помощью ОРБЯ-рефлектометра. Разрешение прибора позволяет проводить измерения каждые 30 мкм на однородном линейном участке в топологии ИОС.
Оптические потери ИОС вычисляли на длине волны 1550 нм с помощью измерения выходной мощности излучения из источника и после распространения излучения по волноводам (волокно-волокно). В качестве измерителя оптической мощности использовали прибор Santec РЕМ-330.
Лазер (X =1.55 мкм)
Печь (50, 70, 90 "С)|
иос
----I---.
Фотодиод
1 т -1 ПК
Переключатель
полярности «
Регулятор напряжения
[Источник [ока
Рис. 3. Схема измерений дрейфа РТ в ИОС
2.2.2. Дрейф рабочей точки в зависимости от температуры (долговременный дрейф). Температурные испытания проводили для расчета энергии активации дрейфа РТ в ИОС. Понимание активаци-онных процессов, происходящих в риповерхност-ном слое НЛ в области канальных волноводов и
электродов при тепловом воздействии, позволило провести оценку эффективности восстановления структуры НЛ и ее влияния на дрейф рабочей точки ИОС. Во-первых, РТ фиксировали при постоянном напряжении 4.5 В, что соответствует линейному участку передаточной функции для всех исследуемых ИОС на длине волны Х=1.55 мкм. Далее, ИОС помещали в печь и нагревали до 50, 70 и 90 °С с выдержкой в течение 7 ч. При смене температурного режима ИОС остывали в течение 12 ч. На выходе измеряли изменения Роиг, соответствующей смещению рабочей точки ИОС.
3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1. Кратковременный дрейф РТ
Перед исследованием дрейфовых процессов в ИОС измеряли оптические потери, как в кристалле НЛ (погонные потери) методом оптической ре-флектометрии, так и во всей схеме методом волокно-волокно. Полученные оптические потери исследуемых ИОС представлены в таблице 1. Известно, что погонные оптические потери стабильных отожженных протонообменных волноводов в кристалле НЛ составляют ~ 0.15 дБ/см [18]. В результате испытаний были получены такие же стабильные волноводы со стандартными характеристиками. Разброс значений погонных потерь в чипе обусловлен погрешностью измерений, а наибольшие оптические потери в ИОС происходят на соединении чипа (кристалла НЛ) и оптического волокна.
Таблица 1. Оптические потери
Погонные потери, дБ/см 0.13-0.17
Средние оптические потери, дБ 6.5
Далее рассмотрим влияние приложенного напряжения на изменение Pout в зависимости от состояния приповерхностного слоя кристалла НЛ (предотжиг пластин НЛ). Результаты измерения Pout для 3 и 7 В подаваемого напряжения представлены на рис. 4. Аналогичные результаты получены во всем диапазоне измерений ±8 В.
В момент смены полярности напряжение меняется на противоположное по знаку и далее остается постоянным, до обратного переключения. Следовательно, в каждый момент времени, кроме момента смены полярности, значение Pout обусловлено только процессами, происходящими в самом волноводе.
При смене полярности происходит скачкообразное изменение значения Pout, соответствующее положению РТ на передаточной функции ИОС. Время, за которое Pout выходит на изначальное значение (разница менее 1 %) после двукратного (- ^ + ^ —) переключения полярности, является, в нашем случае, характеристикой ИОС, показывающей, насколько быстро происходит подавление
дрейфа РТ. Подавление дрейфа рабочей точки ИОС на основе восстановленного НЛ проходит более чем в 2 раза быстрее по сравнению с контрольными образцами ИОС 116±22 и 286±37 с, соответственно.
приповерхностных слоях пластины НЛ и протоно-обменных волноводов. Анализ энергии активации дрейфа РТ в ИОС рассмотрен ниже.
3.2. Долговременный дрейф РТ
Для оценки долговременного дрейфа РТ в ИОС проводили оценку энергии активации Ea дрейфа РТ. В нашем исследовании данный параметр является ключевым для анализа влияния температуры на долговременный дрейф РТ. Ранее подобный анализ был представлен в работах [5, 20] для оценки срока службы ИОС на основе Х-среза НЛ.
Эксперимент проводили согласно следующим рассуждениям. РТ фиксировали на линейном участке передаточной функции при постоянном напряжении V0=4.5 В. Экспериментально обнаружено, что при изменении температуры РТ смещается и в течение определенного времени выходит в новое равновесное состояние. В этом случае значение Pout можно представить в виде степенной функции:
firntCQ
Pn
= Ao • tn,
(3)
где t - время, Р0 - выходная оптическая мощность при У0. Скорость дрейфа рабочей точки снижается с увеличением времени работы устройства
dPout(t) .n-1
—;--1
dt
Рис. 4. Кратковременный дрейф РТ при смене полярности напряжения ±7 В (вверху) и ±3 В (внизу)
Такая существенная разница во времени дрейфа РТ может быть обусловлена только более однородной структурой вследствие восстановления нарушенного приповерхностного слоя кристалла НЛ. В процессе восстановления происходят снятие внутренних напряжений, выход точечных дефектов и улучшение микроструктуры, как показано в [19]. Тогда при приложении напряжения Уыа* заряженным дефектам гораздо труднее передвигаться, создавая при этом локальные электрические поля в области протонообменных волноводов, влияющих на изменение показателя преломления и дрейф РТ. Таким образом, во-первых, показано, что структура и свойства приповерхностного слоя кристалла НЛ влияют на дрейфовые параметры ИОС через электрооптический эффект, а во-вторых, метод восстановления данного слоя продемонстрировал свою эффективность для подавления кратковременного дрейфа РТ.
Также отметим, что рабочая точка ИОС с невосстановленной структурой приповерхностного слоя кристалла НЛ нестабильна после первой смены знака приложенного напряжения Уы,а*. Это, вероятно, связано с активацией заряженных дефектов в
соответственно, индекс n должен находиться в интервале 0 < n < 1 . В то же самое время Pout зависит от температуры:
Pn
= (Bo(T) • t)n,
(4)
где T - температура, В0 (Г)~е"кТ - константа скорости дрейфа РТ, пропорциональная функции Арре-ниуса.
Уравнение (3) не отражает полностью физический смысл явления дрейфа РТ, а выражает экспериментально наблюдаемый профиль изменения Рш, который можно использовать для сравнительного анализа Еа дрейфа рабочей точки ИОС с восстановленной структурой приповерхностного слоя НЛ. На рис. 5 показаны экспериментальные зависимости Ри от времени при различных температурах.
Из равенства уравнений (3) и (4) вычисляли константу скорости дрейфа РТ. На завершающем этапе строили зависимость log(В0 (1/Т)) для вычисления Еа. Для построения функции Аррениуса использовали рассчитанные коэффициенты, представленные в таблице 2 для значений температуры от 50 до 90 °С. Еа дрейфа рабочей точки ИОС после восстановления структуры нарушенного приповерхностного слоя кристалла НЛ составила 1.5 эВ, что в два раза превышает значение Еа для контрольных ИОС без применения гомогенизирующего предотжига, Еа=0.8 эВ (рис. 6).
450
400
К
ш
х
350
3 О
о.
300
б
90 °С
70 «С
Время, ч
в
:::....... .......и«"1 ■
• 50 "С
Рои,'Р0=А0**П * 90 "С
250
17
у 50 ос
Время, ч
0,1 Время, ч
0.1 0,001
г
• 50 "С
Р /Р = А х*п •ом! "о Л 1 » 90 "С
0,01 0,1
Время, ч
Рис. 5. Выходная оптическая мощность ИОС при температурах 50 - 90 °С до (а) и после (б) восстановления нарушенного приповерхностного слоя кристалла НЛ. Отнормированная выходная оптическая мощность ИОС в логарифмическом масштабе: до (в) и после (г) восстановления нарушенного приповерхностного слоя кристалла НЛ
Полученные результаты говорят о том, что для перевода системы в неравновесное состояние необходимо приложить энергии в два раза больше в случае использования пластин, подвергнутых предварительному отжигу. Это происходит за счет меньшего количества заряженных дефектов в области канальных волноводов и приповерхностного слоя НЛ, которые упоминались в предыдущем разделе и работе [14], как основной источник дрейфа рабочей точки ИОС.
В работе [5] на основе полученных значений энергии активации дрейфа РТ (0.7, 1.0 и 1.2 эВ) проводили оценку числа отказов при эксплуатации ИОС в течение 20 лет. Число отказов при 50 °С составило 3 ошибки с Еа.= 1.2 эВ, 25 ошибок с Еа.= 1.0 эВ и 260 ошибок с Еа.= 0.7 эВ. Следовательно, чем выше Еа дрейфа РТ, тем выше стабильность всего устройства и можно ожидать меньшего числа ошибок при длительной эксплуатации ИОС. Полученные нами сравнительные результаты позволяют однозначно сделать вывод о возможности более длительной эксплуатации с меньшим числом отказов ИОС на НЛ с восстановленной структурой при заданных возможностях драйвера.
Таким образом, в ходе температурных испытаний было показано существенное улучшение дрейфовых параметров ИОС с восстановленной структурой НЛ. Предложенная нами идея повышения стабильности работы ИОС за счет контроля материальных параметров передаточной функции пока-
зала свою эффективность в различных экспериментальных условиях и может быть применима к системам на основе других оптических материалов.
Таблица 2. Рассчитанные коэффициенты дрейфа РТ в ИОС
ИОС Температура Ао п Во, 1/ч
Исходный НЛ 50 0.842 0.068 0.079
70 0.909 0.128 0.475
90 1.112 0.191 1.745
Предот-жиг НЛ 50 0.783 0.051 0.008
70 0.992 0.024 0.708
90 1.050 0.043 3.180
1/Т, 1/К
Рис. 6. Графики Аррениуса
4. Заключение
В данной работе основное внимание уделяется исследованию влияния материальных параметров передаточной функции (структура и свойства приповерхностного слоя кристалла НЛ) на дрейф РТ в ИОС. Проведен анализ влияния восстановления нарушенного приповерхностного слоя кристалла НЛ на величину дрейфа рабочей точки ИОС и показано, что в результате отжига исходного кристалла кратковременный дрейф РТ снижается минимум в 2 раза.
Все полученные результаты в данной работе дополняют друг друга и демонстрируют влияние материальных факторов передаточной функции на дрейф рабочей точки ИОС. Предложенная нами методика восстановления структуры нарушенного приповерхностного слоя кристалла НЛ показала свою эффективность для уменьшения как кратковременного, так и долговременного дрейфов рабочей точки ИОС.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края в рамках научного проекта № 20-42-596001, при поддержке Министерства образования и науки Пермского края, проект № С-26/848.
Список литературы
1. Noguchi K. Broadband optical modulators: science, technology, and applications / ed. Chen A., Murphy E.J. Boca Raton: CRC Press. 2012. 548 p.
2. Rao A., Fathpour S. Compact lithium niobate electrooptic modulators // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2018. Vol. 24, N 4. P. 1-14.
3. Wooten E. L. et al. Review of lithium niobate modulators for fiber-optic communications systems // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2000. Vol. 6, N 1. P. 69-82.
4. Nagata H. Long-term DC drift in x-cut LiNbO3 modulators without oxide buffer layer // Optoelectronics IEE Proceedings-IET. 2000. Vol. 147. N. 5, 350354.
5. NagataH., PapasavvasN. Bias stability of OC48 x-cut lithium-niobate optical modulators: four years of biased aging test results // Technol. Lett. IEEE. 2003. Vol. 15. N. 1. P. 42-44.
6. Hofer L. R. et al. Bias voltage control in pulsed applications for Mach-Zehnder electrooptic intensity modulators // IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2017. Vol. 25. N. 5. P. 1890-1895.
7. Yuan X. et al. Any point bias control technique for MZ modulator // Optik. 2019. Vol. 178. N. 2018. P. 918-922.
8. Svarny J. Analysis of quadrature bias-point drift of Mach-Zehnder electro-optic modulator // Proc. of the 12th Biennial Baltic Electronics Conference. 2010. P. 231-234.
9. Cho P. S., Khurgin J. B., Shpantzer I. Closed-loop bias control of optical quadrature modulator // IEEE Photonics Technology Letters. 2006. Vol. 18, P. 2209-2211.
10. Wang L. L., Kowalcyzk T. A. Versatile bias control technique for any-point locking in lithium niobate Mach-Zehnder modulators // Journal of Lightwave Technology. 2010. Vol. 28, P. 1703-1706.
11. Padmaraju K. C., Chan J., Chen L., Lipson M., Bergman K. Thermal stabilization of a microring modulator using feedback control // Optics Express. 2012. Vol. 20, 2799.
12. Bui D. T., Nguyen C. T., Ledoux-Rak I., Zyss J., Journet B. Instrumentation system for determination and compensation of electro-optic modulator transfer function drift // Measurement Science and Technology. 2011. Vol. 22, 125105.
13. Fu. Y., Zhang X., Hraimel B., Liu T., Shen D. Mach-Zehnder: A review of bias control techniques for Mach-Zehnder modulators in photonic analog links // IEEE Microwave magazine. 2013. Vol. 14, P. 102-107.
14. Salvestrini J. P. et al. Analysis and control of the DC drift in LiNbO3-based Mach-Zehnder modulators // J. Light. Technol. 2011. Vol. 29, N 10. P. 1522-1534.
15. Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Yuriev V. A., Vol-yntsev A. B. Effect of the structure and mechanical properties of the near-surface layer of lithium nio-bate single crystals on the manufacture of integrated optic circuits // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2017. Vol. 53, N 1. P. 8287.
16. Piecha J. et al. Features of surface layer of LiNbO3 as-received single crystals: Studied in situ on treatment samples modified by elevated temperature // Solid State Ionics. 2016. Vol. 290, P. 31-39.
17. Sosunov A., Ponomarev R., Semenova O., Petu-khov I., VolyntsevA. Effect of pre-annealing of lithium niobate on the structure and optical characteristics of proton-exchanged waveguides // Optical Materials. 2019. Vol. 88. P. 176-180.
18. Suchoski P. G., Findakly T. K., Leonberger F. J. Stable low-loss proton-exchanged LiNbO3 waveguide devices with no electro-optic degradation // Opt. Lett. 1988. Vol. 13. N 11. P. 1050-1052.
19. Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Yuriev V. A., Tsi-berkin K. B., Volyntsev A. B. Features of structure and mechanical properties LiNbO3 // Ferroelectrics. 2017. Vol. 506 (1). P. 24-31.
20. Nagata H. Activation energy of DC-drift of X-cut LiNbO3 // Technology. 2000. Vol. 12. N. 4. P. 386388.
References
1. Noguchi K. Broadband optical modulators: science, technology, and applications / ed. Chen A., Murphy
E.J. Boca Raton: CRC Press. 2012. 548 p. DOI: 10.1201/B11444
2. Rao A., Fathpour S. Compact lithium niobate electrooptic modulators. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2018. vol. 24, no. 4. pp. 1-14. DOI: 10.1109/JSTQE.2017.2779869
3. Wooten E.L. et al. Review of lithium niobate modulators for fiber-optic communications systems. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2000. vol. 6, no. 1. pp. 69-82.
DOI: 10.1109/2944.826874
4. Nagata H. Long-term DC drift in x-cut LiNbO3 modulators without oxide buffer layer. Optoelectronics IEE Proceedings-IET. 2000. vol. 147, no. 5, 350354. Doi: 10.1049/ip-opt:20000626
5. Nagata H., Papasavvas N. Bias stability of OC48 x-cut lithium-niobate optical modulators: four years of biased aging test results. Technol. Lett. IEEE. 2003. vol. 15, no. 1. pp. 42-44. Doi: 10.1109/LPT.2002.805866
6. Hofer L.R. et al. Bias voltage control in pulsed applications for Mach-Zehnder electrooptic intensity modulators. IEEE Trans. Control Syst. Technol. 2017. vol. 25, no. 5. pp. 1890-1895. DOI: 10.1109/TCST.2016.2626276
7. Yuan X. et al. Any point bias control technique for MZ modulator. Optik. 2019. vol. 178, no. 2018. pp. 918-922. DOI: 10.1016/j.ijleo.2018.10.091
8. Svarny J. Analysis of quadrature bias-point drift of Mach-Zehnder electro-optic modulator. Proceedings of the 12th Biennial Baltic Electronics Conference. 2010. pp. 231-234. DOI: 10.1109/BEC.2010.5631589
9. Cho P. S., Khurgin J. B., Shpantzer I. Closed-loop bias control of optical quadrature modulator. IEEE Photonics Technology Letters. 2006. vol. 18, pp. 2209-2211. Doi: 10.1109/LPT.2006.884759
10. Wang L. L., Kowalcyzk T. A. Versatile bias control technique for any-point locking in lithium niobate Mach-Zehnder modulators. Journal of Lightwave Technology. 2010. vol. 28, pp. 1703-1706. Doi: 10.1109/JLT.2010.2048553
11. Padmaraju K. C., Chan J., Chen L., Lipson M., Bergman K. Thermal stabilization of a microring modulator using feedback control. Optics Express. 2012. vol. 20, 2799. DOI: 10.1364/OE.20.027999
12. Bui D.T., Nguyen C.T., Ledoux-Rak I., Zyss J., Journet B. Instrumentation system for determination and compensation of electro-optic modulator transfer function drift. Measurement Science and Technology. 2011. vol. 22, pp. 125105. Doi: 10.1088/0957-0233/22/12/125105
13. Fu. Y., Zhang X., Hraimel B., Liu T., Shen D. Mach-Zehnder: A Review of Bias Control Techniques for Mach-Zehnder Modulators in Photonic Analog Links. IEEE Microwave magazine. 2013. vol. 14, pp. 102-107. Doi: 10.1109/MMM.2013.2280332
14. Salvestrini J. P. et al. Analysis and Control of the DC Drift in LiNbO3-Based Mach-Zehnder Modulators. J. Light. Technol. 2011. vol. 29, no. 10. pp. 1522-1534. Doi: 10.1109/JLT.2011.2136322
15. Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Yuriev V. A., Volyntsev A. B. Effect of the structure and mechanical properties of the near-surface layer of lithium niobate single crystals on the manufacture of integrated optic circuits. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2017. vol. 53, no. 1. pp. 82-87. DOI: 10.3103/S8756699017010125
16. Piecha J. et al. Features of surface layer of LiNbO3 as-received single crystals: Studied in situ on treatment samples modified by elevated temperature. Solid State Ionics. 2016. vol. 290, pp. 31-39. DOI: 10.1016/j.ssi.2016.04.001
17. Sosunov A., Ponomarev R., Semenova O., Petu-khov I., VolyntsevA. Effect of pre-annealing of lithium niobate on the structure and optical characteristics of proton-exchanged waveguides. Optical Materials. 2019. vol. 88, pp. 176-180. DOI: 10.1016/j.optmat.2018.11.018
18. Suchoski P. G., Findakly T. K., Leonberger F. J. Stable low-loss proton-exchanged LiNbO3 waveguide devices with no electro-optic degradation. Opt. Lett., 1988, vol. 13, no. 11. pp. 1050-1052. DOI: 10.1364/OL.13.001050
19. Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Yuriev V. A., Tsiberkin K. B., Volyntsev A. B. Features of structure and mechanical properties LiNbO3. Ferroelec-trics. 2017. vol. 506 (1), pp. 24-31. DOI: 10.1080/00150193.2017.1281686
20. Nagata H. Activation energy of DC-drift of X-cut LiNbOs. Technology, 2000, vol. 12, no. 4, pp. 386388. DOI: 10.1364/AO.37.008147
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом: Сосунов А. В., Пономарев Р. С., Журавлев А. А., Мушинский С. С., Кунева М. Подавление дрейфа рабочей точки интегрально-оптических схем на основе ниобата лития // Вестник Пермского университета. Физика. 2021. № 2. С. 5-13. doi: 10.17072/1994-3598-2021-2-05-13
Please cite this article in English as:
Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Zhuravlev A. A., Mushinsky S. S., Kuneva M. Reduction of drift of operating point in lithium niobate-based integrated-optical circuit. Bulletin of Perm University. Physics, 2021, no. 2, pp. 513. doi: 10.17072/1994-3598-2021-2-05-13
Сведения об авторах
1. Алексей Владимирович Сосунов, ассистент, Пермский государственный национальный исследовательский университет, ул. Букирева, 15, Пермь, 614990
2. Роман Сергеевич Пономарев, канд. физ.-мат. наук, доцент, Пермский государственный национальный исследовательский университет, ул. Букирева, 15, Пермь, 614990
3. Антон Александрович Журавлев, главный конструктор, ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» ул. 25 Октября, 106, Пермь, 614990
4. Сергей Сергеевич Мушинский, начальник отдела, ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» ул. 25 Октября, 106, Пермь, 614990
5. Мариана Кунева, PhD, с.н.с., Институт физики твердого тела академии наук Болгарии, Tzarigradsko Chaussee 72, Blvd., 1784 Sofia, Bulgaria
Author information
1. Alexey V. Sosunov, Assistant, Perm State University, Bukireva St. 15, 614990, Perm, Russia
2. Roman S. Ponomarev, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant Professor, Perm State University, Bukireva St. 15, 614990, Perm, Russia
3. Anton A. Zhuravlev, Chief designer, PJSC "Perm Scientific-Industrial Instrument Making Company", 25th October St. 106, 614990, Perm, Russia
4. Sergei S. Mushinsky, Head of Department, PJSC "Perm Scientific-Industrial Instrument Making Company", 25th October St. 106, 614990, Perm, Russia
5. Mariana Kuneva, PhD, Senior researcher, Institute of Solid State Physics, Tzarigradsko Chaussee 72, Blvd., 1784 Sofia, Bulgaria
