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#Tendenze
42.modulatore elettro-ottico a 7 Gbit/S in tecnologia al silicio
42.modulatore elettro-ottico a 7 Gbit/S in tecnologia al silicio
Una delle proprietà più importanti di un modulatore ottico è la sua velocità di modulazione o larghezza di banda, che dovrebbe essere almeno pari a quella dell'elettronica disponibile. Nella tecnologia del silicio a 90 nm sono già stati dimostrati transistor con frequenze di transito ben superiori a 100 GHz e la velocità aumenterà ulteriormente con la riduzione della dimensione minima delle caratteristiche [1]. Tuttavia, la larghezza di banda degli attuali modulatori basati sul silicio è limitata. Il silicio non possiede una χ(2)-non linearità a causa della sua struttura cristallina centro-simmetrica. L'uso di silicio deformato ha già portato a risultati interessanti [2], ma le non linearità non consentono ancora di realizzare dispositivi pratici. Lo stato dell'arte dei modulatori fotonici al silicio si basa quindi ancora sulla dispersione della portante libera nelle giunzioni pn o pin [3-5]. È stato dimostrato che le giunzioni polarizzate in avanti presentano un prodotto tensione-lunghezza fino a VπL = 0,36 V mm, ma la velocità di modulazione è limitata dalla dinamica dei portatori minoritari. Tuttavia, sono state generate velocità di trasmissione dati di 10 Gbit/s con l'aiuto di una pre-enfasi del segnale elettrico [4]. Utilizzando invece giunzioni a polarizzazione inversa, la larghezza di banda è stata aumentata a circa 30 GHz [5,6], ma il prodotto della lunghezza di voltaggio è salito a VπL = 40 V mm. Purtroppo, questi modulatori di fase a effetto plasma producono anche una modulazione indesiderata dell'intensità [7] e rispondono in modo non lineare alla tensione applicata. Formati di modulazione avanzati come il QAM richiedono invece una risposta lineare e una modulazione di fase pura, rendendo particolarmente auspicabile lo sfruttamento dell'effetto elettro-ottico (effetto Pockels [8]).
2. Approccio SOH
Recentemente è stato proposto l'approccio ibrido silicio-organico (SOH) [9-12]. Un esempio di modulatore SOH è mostrato nella Fig. 1(a). È costituito da una guida d'onda a fessura che guida il campo ottico e da due strisce di silicio che collegano elettricamente la guida d'onda ottica agli elettrodi metallici. Gli elettrodi sono situati al di fuori del campo modale ottico per evitare perdite ottiche [13], Fig. 1(b). Il dispositivo è rivestito con un materiale organico elettro-ottico che riempie uniformemente la fessura. La tensione modulante è trasportata dalla guida d'onda elettrica metallica e cade attraverso la fessura grazie alle strisce di silicio conduttivo. Il campo elettrico risultante modifica l'indice di rifrazione della fessura grazie all'effetto elettro-ottico ultraveloce. Poiché la fessura ha una larghezza dell'ordine di 100 nm, sono sufficienti pochi volt per generare campi modulanti molto forti, dell'ordine di grandezza della rigidità dielettrica della maggior parte dei materiali. La struttura ha un'elevata efficienza di modulazione poiché sia il campo modulante che quello ottico sono concentrati all'interno della fessura, Fig. 1(b) [14]. In effetti, sono già state mostrate le prime implementazioni di modulatori SOH con funzionamento sub-volt [11] ed è stata dimostrata una modulazione sinusoidale fino a 40 GHz [15,16]. Tuttavia, la sfida nella costruzione di modulatori SOH ad alta velocità a bassa tensione consiste nel creare una striscia di connessione altamente conduttiva. In un circuito equivalente, la fessura può essere rappresentata da un condensatore C e le strisce conduttive da resistenze R, Fig. 1(b). La corrispondente costante di tempo RC determina la larghezza di banda del dispositivo [10,14,17,18]. Per diminuire la resistenza R, è stato suggerito di drogare le strisce di silicio [10,14]. Se da un lato il drogaggio aumenta la conduttività delle strisce di silicio (e quindi aumenta le perdite ottiche), dall'altro si paga un'ulteriore penalizzazione in termini di perdite, poiché la mobilità degli elettroni è compromessa dalla diffusione delle impurità [10,14,19]. Inoltre, i più recenti tentativi di fabbricazione hanno mostrato una conduttività inaspettatamente bassa.