modulator optik; Electro-Absorption Modulator (EAM)

 

Modulator Optik : Electro-Absorption Modulator (EAM)

Ketertarikan terhadap modulator optik yang memiliki performa yang tinggi telah dimulai sejak 1990. Ketertarikan ini dikarenakan kebutuhan yang besar terhadap modulator ini untuk sistem komunikasi. Sebagai contoh yaitu dalam merancang sistem telekomunikasi yang murah di dalam ruangan (indoor), maka dibutuhkan sebuah instalasi Multi Mode Fiber (MMF). Sistem MMF ini membutuhkan sebuah modulator optik dengan panjang gelombang 850 nm untuk indoor gigabit ethernet sistem [1].

Secara umum, terdapat empat jenis modulator optik. Modulator tersebut yaitu : (1) electro-optics, (2) acousto-optics, (3) magneto-optics, dan (4) electro-absorption [2]. Electro-Absorption Modulator (EAM) merupakan modulator yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan modulator lainnya. EAM memiliki keunggulan yaitu : modulasi berkecepatan tinggi, pengaturan dengan tegangan rendah, extinction ratio yang tinggi, dan mudah diintegrasikan dengan device lainnya.

Electro-Absorption Modulator (EAM) bekerja menggunakan prinsip dasar efek electroabsorption yaitu perubahan koefisien absorpsi berdasarkan pada perubahan medan listrik. Pada bulk semiknduktor, absorpsi disebabkan oleh bergeraknya elektron ke energi yang lebih rendah seiring dengan bertambahnya medan listrik yang disebabkan oleh kombinasi dari absorpsi band-to-band dan proses tunneling (Franz-Keldysh effect) [3].

Sedangkan pada quantum well (QW), transisi energi antara elektron dan hole yang terperangkap (confined) pada energi level berkurang ketika terdapat medan listrik yang diberikan pada growth direction (Quantum Confined Stark Effect, QCSE) [3]. Efek ini diilustrasikan pada Gambar-1.

 

Gambar-1. Quantum well band edges, quantum levels, dan elektron dengan fungsi gelombang (kanan) dan tanpa fungsi gelombang (kiri) yang diberikan medan listrik F (E g-bulk band gap, E ph-transition energy) [3].

Pada stark effect, ketika medan listrik bertambah, overlap dari fungsi gelombang (wavefunction) elektron dan hole berkurang seiring dengan berkurngnya kekuatan absorpsi pada energi transisi. Ketebalan dari quantum well memberikan keuntungan tersendiri untuk sensitifitas medan yang tinggi (efisiensi modulasi yang tinggi) dimana semakin tipis quantum wellnya akan memberikan absropsi yang lebih besar.

Penguatan absorbsi pada quantum well tersebut dikarenakan formasi dari pasangan elektron-hole (excitons) pada quantum well. Dibandingkan dengan bulk material, modulator tipe quantum well QCSE memiliki effisiensi modulasi yang tinggi (drive voltage yang rendah), namun, modulator ini memiliki optikal bandwidth yang tidak terlalu lebar.