उच्च एकीकृत पातलो फिल्म लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर

उच्च रेखीयताइलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरर माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोग
सञ्चार प्रणालीको बढ्दो आवश्यकताहरूसँगै, सिग्नलहरूको प्रसारण दक्षतालाई अझ सुधार गर्न, मानिसहरूले पूरक फाइदाहरू प्राप्त गर्न फोटोन र इलेक्ट्रोनहरू फ्यूज गर्नेछन्, र माइक्रोवेभ फोटोनिक्सको जन्म हुनेछ। बिजुलीलाई प्रकाशमा रूपान्तरण गर्न इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटर आवश्यक पर्दछ।माइक्रोवेभ फोटोनिक प्रणालीहरू, र यो प्रमुख चरणले सामान्यतया सम्पूर्ण प्रणालीको कार्यसम्पादन निर्धारण गर्दछ। रेडियो फ्रिक्वेन्सी सिग्नललाई अप्टिकल डोमेनमा रूपान्तरण गर्नु एनालग सिग्नल प्रक्रिया भएकोले, र सामान्यइलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरहरूअन्तर्निहित गैर-रेखीयता भएकोले, रूपान्तरण प्रक्रियामा गम्भीर संकेत विकृति हुन्छ। अनुमानित रेखीय मोड्युलेसन प्राप्त गर्न, मोड्युलेटरको सञ्चालन बिन्दु सामान्यतया अर्थोगोनल बायस बिन्दुमा निश्चित गरिन्छ, तर यसले अझै पनि मोड्युलेटरको रेखीयताको लागि माइक्रोवेभ फोटोन लिङ्कको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। उच्च रेखीयता भएका इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरहरू तुरुन्तै आवश्यक छन्।

सिलिकन सामग्रीहरूको उच्च-गति अपवर्तक सूचकांक मोड्युलेसन सामान्यतया फ्री क्यारियर प्लाज्मा फैलावट (FCD) प्रभाव द्वारा प्राप्त गरिन्छ। FCD प्रभाव र PN जंक्शन मोड्युलेसन दुवै गैर-रेखीय छन्, जसले सिलिकन मोड्युलेटरलाई लिथियम निओबेट मोड्युलेटर भन्दा कम रेखीय बनाउँछ। लिथियम निओबेट सामग्रीहरूले उत्कृष्ट प्रदर्शन गर्छन्।इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेसनतिनीहरूको पकर प्रभावको कारणले गुणहरू। एकै समयमा, लिथियम निओबेट सामग्रीमा ठूलो ब्यान्डविथ, राम्रो मोड्युलेसन विशेषताहरू, कम हानि, सजिलो एकीकरण र अर्धचालक प्रक्रियासँग अनुकूलता, उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटर बनाउन पातलो फिल्म लिथियम निओबेटको प्रयोग, सिलिकनको तुलनामा लगभग कुनै "छोटो प्लेट" छैन, तर उच्च रेखीयता प्राप्त गर्नका फाइदाहरू छन्। इन्सुलेटरमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेट (LNOI) इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर एक आशाजनक विकास दिशा बनेको छ। पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्री तयारी प्रविधि र वेभगाइड एचिंग प्रविधिको विकाससँगै, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरको उच्च रूपान्तरण दक्षता र उच्च एकीकरण अन्तर्राष्ट्रिय शिक्षा र उद्योगको क्षेत्र बनेको छ।

पातलो फिल्म लिथियम निओबेटका विशेषताहरू
संयुक्त राज्य अमेरिकामा DAP AR योजनाले लिथियम निओबेट सामग्रीहरूको निम्न मूल्याङ्कन गरेको छ: यदि इलेक्ट्रोनिक क्रान्तिको केन्द्रलाई सम्भव बनाउने सिलिकन सामग्रीको नामबाट नामकरण गरिएको छ भने, फोटोनिक्स क्रान्तिको जन्मस्थल लिथियम निओबेटको नामबाट नामकरण हुने सम्भावना छ। यो किनभने लिथियम निओबेटले अप्टिक्सको क्षेत्रमा सिलिकन सामग्रीहरू जस्तै इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रभाव, ध्वनिक-अप्टिकल प्रभाव, पिजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव र फोटोरेफ्रेक्टिभ प्रभावलाई एकमा एकीकृत गर्दछ।

अप्टिकल ट्रान्समिशन विशेषताहरूको सन्दर्भमा, सामान्यतया प्रयोग हुने १५५०nm ब्यान्डमा प्रकाशको अवशोषणको कारणले गर्दा InP सामग्रीमा सबैभन्दा ठूलो अन-चिप ट्रान्समिशन हानि हुन्छ। SiO2 र सिलिकन नाइट्राइडमा उत्कृष्ट ट्रान्समिशन विशेषताहरू छन्, र हानि ~ ०.०१dB/cm को स्तरमा पुग्न सक्छ; हाल, पातलो-फिल्म लिथियम निओबेट वेभगाइडको वेभगाइड हानि ०.०३dB/cm को स्तरमा पुग्न सक्छ, र भविष्यमा प्राविधिक स्तरको निरन्तर सुधारसँगै पातलो-फिल्म लिथियम निओबेट वेभगाइडको हानिलाई अझ कम गर्ने सम्भावना छ। त्यसकारण, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्रीले प्रकाश संश्लेषण मार्ग, शन्ट र माइक्रोरिङ जस्ता निष्क्रिय प्रकाश संरचनाहरूको लागि राम्रो प्रदर्शन देखाउनेछ।

प्रकाश उत्पादनको सन्दर्भमा, InP मा मात्र प्रत्यक्ष रूपमा प्रकाश उत्सर्जन गर्ने क्षमता हुन्छ; त्यसैले, माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगको लागि, ब्याकलोडिङ वेल्डिङ वा एपिटेक्सियल ग्रोथको माध्यमबाट LNOI आधारित फोटोनिक एकीकृत चिपमा InP आधारित प्रकाश स्रोत परिचय गराउनु आवश्यक छ। प्रकाश मोडुलेशनको सन्दर्भमा, माथि जोड दिइएको छ कि पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्रीले InP र Si भन्दा ठूलो मोडुलेशन ब्यान्डविथ, कम हाफ-वेभ भोल्टेज र कम ट्रान्समिशन हानि प्राप्त गर्न सजिलो छ। यसबाहेक, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्रीको इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोडुलेशनको उच्च रेखीयता सबै माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगहरूको लागि आवश्यक छ।

अप्टिकल राउटिङको सन्दर्भमा, पातलो फिल्म लिथियम नियोबेट सामग्रीको उच्च गतिको इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रतिक्रियाले LNOI आधारित अप्टिकल स्विचलाई उच्च-गति अप्टिकल राउटिङ स्विचिङ गर्न सक्षम बनाउँछ, र यस्तो उच्च-गति स्विचिङको पावर खपत पनि धेरै कम हुन्छ। एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको विशिष्ट अनुप्रयोगको लागि, अप्टिकली नियन्त्रित बीमफर्मिङ चिपमा द्रुत बीम स्क्यानिङको आवश्यकताहरू पूरा गर्न उच्च-गति स्विचिङको क्षमता हुन्छ, र अल्ट्रा-लो पावर खपतका विशेषताहरू ठूलो-स्तरीय चरणबद्ध एरे प्रणालीको कडा आवश्यकताहरूमा राम्रोसँग अनुकूलित हुन्छन्। यद्यपि InP आधारित अप्टिकल स्विचले उच्च-गति अप्टिकल पथ स्विचिङ पनि महसुस गर्न सक्छ, यसले ठूलो आवाज प्रस्तुत गर्नेछ, विशेष गरी जब बहुस्तरीय अप्टिकल स्विच क्यास्केड गरिएको हुन्छ, आवाज गुणांक गम्भीर रूपमा बिग्रनेछ। सिलिकन, SiO2 र सिलिकन नाइट्राइड सामग्रीहरूले थर्मो-अप्टिकल प्रभाव वा क्यारियर फैलावट प्रभाव मार्फत मात्र अप्टिकल पथहरू स्विच गर्न सक्छन्, जसमा उच्च पावर खपत र ढिलो स्विचिङ गतिको बेफाइदाहरू छन्। चरणबद्ध एरेको एरे आकार ठूलो हुँदा, यसले पावर खपतको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन।

अप्टिकल प्रवर्धनको सन्दर्भमा,अर्धचालक अप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए) InP मा आधारित व्यावसायिक प्रयोगको लागि परिपक्व भएको छ, तर यसमा उच्च आवाज गुणांक र कम संतृप्ति आउटपुट पावरको बेफाइदाहरू छन्, जुन माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगको लागि अनुकूल छैन। आवधिक सक्रियता र उल्टोमा आधारित पातलो-फिल्म लिथियम निओबेट वेभगाइडको प्यारामेट्रिक प्रवर्धन प्रक्रियाले कम आवाज र उच्च शक्ति अन-चिप अप्टिकल प्रवर्धन प्राप्त गर्न सक्छ, जसले अन-चिप अप्टिकल प्रवर्धनको लागि एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको आवश्यकताहरू राम्रोसँग पूरा गर्न सक्छ।

प्रकाश पत्ता लगाउने सन्दर्भमा, पातलो फिल्म लिथियम निओबेटमा १५५० एनएम ब्यान्डमा प्रकाशमा राम्रो प्रसारण विशेषताहरू छन्। फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरणको कार्यलाई साकार पार्न सकिँदैन, त्यसैले माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगहरूको लागि, चिपमा फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरणको आवश्यकताहरू पूरा गर्न। LNOI आधारित फोटोनिक एकीकृत चिपहरूमा ब्याकलोडिङ वेल्डिंग वा एपिटेक्सियल वृद्धिद्वारा InGaAs वा Ge-Si पत्ता लगाउने एकाइहरू प्रस्तुत गर्न आवश्यक छ। अप्टिकल फाइबरसँग युग्मनको सन्दर्भमा, किनभने अप्टिकल फाइबर आफैं SiO2 सामग्री हो, SiO2 वेभगाइडको मोड फिल्डमा अप्टिकल फाइबरको मोड फिल्डसँग उच्चतम मिल्दो डिग्री छ, र युग्मन सबैभन्दा सुविधाजनक छ। पातलो फिल्म लिथियम निओबेटको कडा रूपमा प्रतिबन्धित वेभगाइडको मोड फिल्ड व्यास लगभग १μm छ, जुन अप्टिकल फाइबरको मोड फिल्ड भन्दा धेरै फरक छ, त्यसैले अप्टिकल फाइबरको मोड फिल्डसँग मिलाउन उचित मोड स्पट रूपान्तरण गर्नुपर्छ।

एकीकरणको सन्दर्भमा, विभिन्न सामग्रीहरूमा उच्च एकीकरण क्षमता छ कि छैन भन्ने कुरा मुख्यतया वेभगाइडको झुकाउने त्रिज्यामा निर्भर गर्दछ (वेभगाइड मोड फिल्डको सीमितताबाट प्रभावित)। कडा रूपमा प्रतिबन्धित वेभगाइडले सानो झुकाउने त्रिज्यालाई अनुमति दिन्छ, जुन उच्च एकीकरणको प्राप्तिको लागि बढी अनुकूल छ। त्यसकारण, पातलो-फिल्म लिथियम निओबेट वेभगाइडहरूमा उच्च एकीकरण प्राप्त गर्ने क्षमता हुन्छ। त्यसकारण, पातलो फिल्म लिथियम निओबेटको उपस्थितिले लिथियम निओबेट सामग्रीलाई अप्टिकल "सिलिकन" को भूमिका खेल्न सम्भव बनाउँछ। माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगको लागि, पातलो फिल्म लिथियम निओबेटका फाइदाहरू बढी स्पष्ट छन्।