Современная электроника №8/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 13 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2025 зом, реализуется простейший двоич- ный способ передачи данных On–Off Keying – OOK. Ключевыми особенностями дан- ной конструкции является так назы- ваемый щелевой волновод (Slot Waveguide) и органические электро- оптические материалы (OEOM). Органические электрооптиче- ские материалы – это специальные органические соединения, содержа- щие молекулы-хромофоры с сильно выраженной асимметрией электрон- ной плотности. В нормальном состо- янии эти молекулы ориентированы хаотично. Под действием электри- ческого поля электронная структу- ра этих молекул деформируется, что приводит к изменению коэффициен- та преломления материала (линей- ный электрооптический эффект Пок- кельса). При нагреве до «температуры стеклования» материал становится подвижным, и молекулы могут сво- бодно вращаться. Приложение сильного электриче- ского поля вызывает ориентацию хромофоров в одном направлении. При охлаждении под напряжени- ем молекулы «замораживаются» в выровненном состоянии. Важно, что при снятии напряжения ори- ентация сохраняется. Этот процесс получил название «поляризация OEOM». После поляризации матери- ал приобретает макроскопическую анизотропию и электрооптическую активность, то есть свойства, кото- рые делают его аналогичным ани- зотропным кристаллам, описанным Игорем Таммом в начале 1920-х годов. Эффект EP в органических материа- лах описывается теми же фундамен- тальными соотношениями, что и в кристаллах. Другой отличительной чертой SOH MZM, как уже было отмечено, являет- ся щелевой волновод (Slot Waveguide), структура которого показана на рис. 11б [26]. На рис. 10а, взятом из более поздней работы этих авторов [27], показано сечение модернизиро- ванного SOH, в котором использован практически тот же самый принцип действия, что и на рис. 9. Чёрная штрихпунктирная линия A–A' на рис. 10а обозначает плоскость поперечного сечения, которому соот- ветствует рис. 10б. Принцип работы в обоих случаях одинаковый. Поэтому для понимания того, как работает SOH MZM, можно рассматривать обе схемы (рис. 9б и рис. 10б). Фазовращатель (SOHPS) изготовлен на подложке из кремниевого изоля- тора толщиной 2 мкм. Основными рабочими элементами этого гибрид- ного волновода являются кремниевые рельсовидные рейки (Rails) и щеле- вые промежутки между этими «рей- ками» (Slots). В каждом плече имеются две кремниевые рельсовидные рей- ки шириной W_rail ≈ 240 нм, которые образуют оптический щелевой волно- вод шириной W_slot ≈ 160 нм. В первом приближении «rails» можно предста- вить себе как «стенки коридора», по которым идёт световой поток. Щели шириной 160 нм играют роль «чувствительной зоны», где электри- ческое внешнее поле взаимодействует с электромагнитным полем светового луча. Щель заполняется специальным органическим электрооптическим материалом OEOM, имеющим очень сильную зависимость коэффициента преломления от внешнего поля. В дан- ной работе использовался органиче- ский субстрат SEO100, разработанный компанией ChemOptics [28]. Щель соединена с алюминиевы- ми (Al) линиями передачи тонкими n -легированными кремниевыми пла- стинами и алюминиевыми переход- ными отверстиями. Для компенсации недостаточной концентрации легиро- вания в кремниевых пластинах при- меняется напряжение затвора U gate , которое индуцирует слой накопле- ния электронов в кремниевых пла- стинах. Как видно (рис. 9б и рис. 10б), элек- тронная полоса пропускания SOH MZM ограничена собственной характери- стикой RC-фильтра нижних частот, обусловленной ограниченной прово- димостью n -легированных кремние- вых пластин и ёмкостью щели. Шири- на полосы модулятора увеличивается за счёт уменьшения сопротивления ( R ) пластин, вызванного слоем нако- пления заряда, который может быть создан «напряжением затвора» U gate между объёмным кремнием и зазем- ляющими электродами. В процессе упорядочивания ориен- тации молекул напряжение поляри- зации U pol , приложенное к (плаваю- щим) заземляющим электродам при повышенной температуре, близкой к температуре стеклования материа- ла, выравнивает хромофоры OEOM в щели (зелёные стрелки на рис. 9б и рис. 10б). При охлаждении хромофоры OEOM фиксируются в выровненной ориен- тации, и напряжение поляризации снимается. Теперь при приложении модулирующего напряжения все хромофоры реагируют согласованно, вызывая заметное изменение коэффи- циента преломления. Модулирующее напряжение U d индуцирует электрические поля в щелях (красные стрелки на рис. 9б и рис. 10б), параллельные направлению поляризации в одном плече и антипа- раллельные в другом плече, что обе- спечивает эффективную работу MZM в режиме «Push-Pull Mode». Как видно из левой части рис. 11, на начальном пути луча в волново- де в пространстве щели A slot домини- рует продольная составляющая элек- тромагнитного поля светового сигнала Рис. 11. Схема взаимодействия электромагнитных полей модулирующего сигнала и «полезного» оптического сигнала в гибридном SOH волноводе типа «рельсы плюс щели»: • ε o,x – продольная составляющая электромагнитного поля светового сигнала; • E x,rf – продольная составляющая внешнего модулирующего поля; • A slot – «рабочее пространство» щели SOHFS Si-рейка Оптическое поле РЧ-поле Si-пластина h пластина w щель h рейка Ɛ 0, x E x,RF