<div>
	Исследование пироэлектрического эффекта и создание модифицированной конструкции фазового модулятора на основе ниобата лития</div>

Шулепова Алена Викторовна, Шулепов  Владимир  Андреевич, Стригалев Владимир Евгеньевич

doi:10.17586/2226-1494-2024-24-4-538-547

2024 , ТОМ 24, НОМЕР 4 ( июль-август )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-4-538-547

УДК 535.015, 537.226.82

Исследование пироэлектрического эффекта и создание модифицированной конструкции фазового модулятора на основе ниобата лития

Шулепова А.В., Шулепов В.А., Стригалев В.Е.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Шулепова А.В., Шулепов В.А., Стригалев В.Е. Исследование пироэлектрического эффекта и создание модифицированной конструкции фазового модулятора на основе ниобата лития // Научнотехнический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 4. С. 538–547. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-4-538-547

Аннотация

Введение. В работе рассмотрено явление пироэлектрического эффекта и показано его влияние на возникновение дополнительного фазового сдвига проходящей световой волны в волноводной структуре фотонных интегральных схем, сформированных на подложке кристалла ниобата лития X-среза. Метод. Измерения проводились интерферометрическим способом в схеме волоконно-оптического интерферометра Маха–Цендера с использованием модуляции излучения в опорном плече, позволяющего выполнять непрерывное измерение фазы в плече с исследуемым образцом. Проведен расчет временных параметров каждого из элементов экспериментальной схемы для определения времени релаксации пироэлектрических зарядов. Основные результаты. Выполнен анализ влияния пироэлектрического дрейфа фазы, его величины и временных характеристик релаксации зарядов, вызывающих дрейф. Предложена модель и исследована конструкция фазового модулятора на основе кристалла ниобата лития с дополнительными обратно Z-ориентированными пластинами, расположенными на электродах модулятора. Обсуждение. Предложенный способ решения проблемы способен компенсировать пироэлектрическое поле и, как следствие, уменьшить паразитный сдвиг фазы.

Ключевые слова: ниобат лития, фазовый модулятор, пироэлектрический эффект, пироэлектрическое поле

Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006).

Список литературы

Ильичев И.В., Тогузов Н.В., Шамрай А.В. Оптимальная конфигурация пленочного интегрально-оптического поляризатора на подложках ниобата лития // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2009. № 3(83). С. 103–107.
Minakata M., Saito S., Shibata M. Two-dimensional distribution of refractive-index changes in Ti-diffused LiNbO3 strip waveguides // Journal of Applied Physics. 1979. V. 50. N 5. P. 3063–3067. https://doi.org/10.1063/1.326383
Bazzan M., Sada C. Optical waveguides in lithium niobate: Recent developments and applications // Applied Physics Reviews. 2015. V. 2. N 4. P. 040603. https://doi.org/10.1063/1.4931601
Korkishko Y.N., Fedorov V.A., Feoktistova O.Y. LiNbO3 optical waveguide fabrication by high-temperature proton exchange // Journal of Lightwave Technology. 2000. V. 18. N 4. P. 562–568. https://doi.org/10.1109/50.838131
Becker R.A. Comparison of guided wave interferometric modulators fabricated on LiNbO3 via Ti indiffusion and proton exchange // Applied Physics Letters. 1983. V. 43. N 2. P. 131–133. https://doi.org/10.1063/1.94280
Courjal N., Bernal M.-P., Caspar A., Ulliac G., Bassignot F., Gauthier-Manuel L., Suarez M. Lithium niobate optical waveguides and microwaveguides // Emerging Waveguide Technology. InTech, 2018. https://doi.org/10.5772/intechopen.76798
Lefevre H.C. The Fiber-Optic Gyroscope / third ed. Boston: Artech House, 2022. 500 p.
Кузьминов Ю.С. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития. М.: Наука, 1987. 263 с.
Zhang M., Wang C., Kharel P., Zhu D., Lončar M. Integrated lithium niobate electro-optic modulators: when performance meets scalability // Optica. 2021. V. 8. N 5. P. 652–667. https://doi.org/10.1364/optica.415762
Chen G., Li N., Ng J.D., Lin H.-L., Zhou Y., Fu Y.H., Lee L.Y.T., Yu Y., Liu A.-Q., Danner A.J. Advances in lithium niobate photonics: development status and perspectives // Advanced Photonics. 2022. V. 4. N 3. P. 034003. https://doi.org/10.1117/1.ap.4.3.034003
Deppe O., Dorner G., König S., Martin T., Voigt S., Zimmermann S. MEMS and FOG technologies for tactical and navigation grade inertial sensors—recent improvements and comparison // Sensors. 2017. V. 17. N 3. P. 567. https://doi.org/10.3390/s17030567
Петров А.Н., Тронев А.В., Лебедев В.В., Ильичев И.В., Величко Е.Н., Шамрай А.В. Повышение коэффициента передачи радиочастотной волоконнооптической линии за счет управления рабочей точкой внешнего модулятора // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 5. С. 131–136.
Wooten E.L., Kissa K.M., Yi-Yan A., Murphy E.J., Lafaw D.A., Hallemeier P.F., Maack D., Attanasio D.V., Fritz D.J., McBrien G.J., Bossi D.E. A review of lithium niobate modulators for fiber-optic communications systems // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2000. V. 6. N 1. P. 69–82. https://doi.org/10.1109/2944.826874
Yamada S., Minakata M. DC drift phenomena in LiNbO3 optical waveguide devices // Japanese Journal of Applied Physics. 1981. V. 20. N 4. P. 733. https://doi.org/10.1143/jjap.20.733
Kostritskii S.M., Korkishko Yu.N., Fedorov V.A., Yatsenko A.V. Pyroelectric drift of integrated-optical LiNbO3 modulators // Ferroelectrics. 2021. V. 574. N 1. P. 170–178. https://doi.org/10.1080/00150193.2021.1888062
Hollinger W.P., Kovacs R.A. Tuned integrated optic modulator on a fiber optic gyroscope. Patent US5504580A. 1996.
Salvestrini J.P., Guilbert L., Fontana M., Abarkan M., Gille S. Analysis and control of the DC drift in LiNbO3-based mach–zehnder modulators // Journal of Lightwave Technology. 2011. V. 29. N 10. P. 1522–1534. https://doi.org/10.1109/jlt.2011.2136322
Popescu S.T., Petris A., Vlad V.I. Interferometric measurement of the pyroelectric coefficient in lithium niobate // Journal of Applied Physics. 2013. V. 113. N 4. P. 043101. https://doi.org/10.1063/1.4788696
Parravicini J., Safioui J., Degiorgio V., Minzioni P., Chauvet M. All-optical technique to measure the pyroelectric coefficient in electro-optic crystals // Journal of Applied Physics. 2011. V. 109. N 3. P. 033106. https://doi.org/10.1063/1.3544069
Евдокимов С.В., Шостак Р.И., Яценко А.В. Аномалии пироэлектрических свойств кристаллов LiNbO3 конгруэнтного состава // Физика твердого тела. 2007. V. 49. N 10. P. 1866–1870.
Bulmer C.H., Burns W.K., Hiser S.C. Pyroelectric effects in LiNbO3 channel waveguide devices // Applied Physics Letters. 1986. V. 48. N 16. P. 1036–1038. https://doi.org/10.1063/1.96640
Nagata H. Activation energy of DC-drift of x-cut LiNbO3 optical intensity modulators // IEEE Photonics Technology Letters. 2000. V. 12. N 4. P. 386–388. https://doi.org/10.1109/68.839027
Skeath P., Bulmer C.H., Hiser S.C., Burns W.K. Novel electrostatic mechanism in the thermal instability of z-cut LiNbO3 interferometers // Applied Physics Letters. 1986. V. 49. N 19. P. 1221–1223. https://doi.org/10.1063/1.97419
Seino M., Nakazawa T., Kubota Y., Doi M., Yamane T., Hakogi H. A low DC-drift Ti:LiNbO3 modulator assured over 15 years // Proc. of the Optical Fiber Communication Conference. 1992. P. 325–328. https://doi.org/10.1364/ofc.1992.pd3
Яценко А.В., Палатников М.Н., Сидоров Н.В., Притуленко А.С., Евдокимов С.В. Особенности электрической проводимости кристаллов LiTaO3 и LiNbO3 в области температур 290−450 K // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. № 5. С. 932–936.
Rosenman G., Shur D., Krasik Ya.E., Dunaevsky A. Electron emission from ferroelectrics // Journal of Applied Physics. 2000. V. 88. N 1. P. 6109–6161. https://doi.org/10.1063/1.1319378
Смирнова А.В., Стригалев В.Е., Варжель С.В. Исследование способов стабилизации оптических параметров фазового модулятора путем подавления пироэлектрического эффекта // Навигация и управление движением: Материалы ХXIV конференции молодых ученых с международным участием. 2022. С. 85–87.
Шулепова А.В., Аксарин С.М., Стригалев В.Е. Исследование сдвига фазы под действием пироэлектрического поля в Ti:LiNbO3 модуляторе // Альманах научных работ молодых учёных Университета ИТМО. Т. 4. СПб., 2021. С. 102–106.
Sosunov A., Ponomarev R., Zhuravlev A., Mushinsky S., Kuneva M. Reduction in DC-drift in LiNbO3-based electro-optical modulator // Photonics. 2021. V. 8. N 12. P. 571. https://doi.org/10.3390/photonics8120571
Яценко А.В., Притуленко А.С., Ягупов С.В., Сугак Д.Ю., Сольский И.М. Исследование стабильности электрических свойств восстановленных кристаллов LiNbO3 // Журнал технической физики. 2017. Т. 87. № 7. С. 1049–1052. https://doi.org/10.21883/JTF.2017.07.44676.1984
Fridkin V.M. Photoferroelectrics. Springer, 1979. 176 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-81351-1
Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. 768 с.
Щербаков В.С., Лазута И.В. Теория автоматического управления. Линейные непрерывные системы: учебное пособие. Омск: СибАДИ, 2013. 142 с.
Thiele F., Hummel T., Amelie Lange N., Dreher F., Protte M., Bruch F., Lengeling S., Herrmann H., Eigner C., Silberhorn C. Pyroelectric influence on lithium niobate during the thermal transition for cryogenic integrated photonics // Materials for Quantum Technology. 2024. V. 4. N 1. P. 015402. https://doi.org/10.1088/2633-4356/ad207d

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License