CC BY
39ВКВО-2021- РАДИОФОТОНИКА
DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-179
СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР НА ОСНОВЕ ПЛАЗМОННЫХ МОП-СТРУКТУР
1 * 1 1 1 1 Косолобов С.С. , Пшеничнюк И.А. , Жигунов Д.М. , Земцов Д.С. , Иванова А.К. ,
Смирнов А.С.1, Гарбузов К.Н.1, Драчёв В.П.1,2
'Сколковский Институт Науки и Технологий, г. Москва 2Университет Северного Техаса, г. Дентон E-mail: [email protected]
Концепция интегральной оптики подразумевает замену традиционных проводных соединений оптическими планарными волноводами для передачи оптических сигналов, а для их обработки разрабатываются оптические интегральные схемы взамен классических электрических. К преимуществам оптических интегральных схем относятся малые размеры и вес, сниженная потребляемая мощность, а также небольшие потери, практически не зависящие от частоты передаваемого сигнала.
Одним из основных элементов оптических интегральных схем является электрооптический модулятор - прибор для ввода информации в несущую волну света за счет изменения во времени одной из ее характеристик. Такой модулятор должен обеспечивать высокую скорость переключения, обладать низким энергопотреблением, достаточной глубиной модуляции и компактными размерами. Широкое распространение к настоящему моменту получили модуляторы, представляющие собой объемные устройства на базе полупроводниковых материалов, жидких и двулучепреломляющих кристаллов, или полимеров. Основным недостатком таких дискретных устройств является их большой размер, не совместимый с концепцией оптических интегральных схем. Актуальной задачей, таким образом, является разработка технологий и принципов для создания компактных интегральных электрооптических модуляторов, не уступающих по своим характеристикам имеющимся дискретным аналогам.
В данной работе представлены результаты разработки и исследования компактного интегрального сверхвысокочастотного электрооптического модулятора на основе плазмонных МОП-структур. Амплитудная модуляция инфракрасного излучения в C+L диапазоне длин волн обеспечивается за счет конверсии оптической моды в плазмонную в специально разработанном гибридном плазмонном
волноводе с внедренным слоем оксида индия-олова. Изменение интенсивности излучения, прошедшего через активную область электрооптического модулятора, достигается за счет взаимодействия плазмонной и волноводной мод под действием приложенного управляющего напряжения.
Интегральный сверхвысокочастотный
электрооптический модулятор изготовлен на основе подложки кремний-на-изоляторе методом электронно-лучевой литографии. Формирование активной области модуляции осуществлялось с применением стандартных кремниевых технологий. На рисунке представлена частотная зависимость
нормированного отклика модулятора (S21-харакетристика) для двух различных электрооптических модуляторов. Продемонстрирована полоса пропускания по уровню -3 дБ не хуже 19,5 ГГц. Общие оптические потери в электрооптическом модуляторе составили 4-6 дБ. Разработанный интегральный сверхвысокочастотный электрооптический модулятор позволяет реализовать модуляцию ТЕ-поляризованного света при малой длине активной области модулятора (порядка 10 мкм) и небольших рабочих напряжениях.
№6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021»
