लिथियम ट्यान्टालेट (LTOI) उच्च गतिइलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर
विश्वव्यापी डेटा ट्राफिक बढ्दै गइरहेको छ, जुन ५जी र आर्टिफिसियल इन्टेलिजेन्स (एआई) जस्ता नयाँ प्रविधिहरूको व्यापक अपनाइबाट संचालित छ, जसले अप्टिकल नेटवर्कका सबै तहहरूमा ट्रान्ससिभरहरूका लागि महत्त्वपूर्ण चुनौतीहरू खडा गर्दछ। विशेष गरी, अर्को पुस्ताको इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर टेक्नोलोजीलाई ऊर्जा खपत र लागत घटाउँदै एकल च्यानलमा २०० जीबीपीएसमा डेटा स्थानान्तरण दरमा उल्लेखनीय वृद्धि आवश्यक छ। विगत केही वर्षहरूमा, सिलिकन फोटोनिक्स टेक्नोलोजी अप्टिकल ट्रान्ससिभर बजारमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ, मुख्यतया परिपक्व CMOS प्रक्रिया प्रयोग गरेर सिलिकन फोटोनिक्सलाई ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्न सकिन्छ भन्ने तथ्यको कारणले। यद्यपि, क्यारियर फैलावटमा भर पर्ने SOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरहरूले ब्यान्डविथ, पावर खपत, फ्री क्यारियर अवशोषण र मोड्युलेसन गैर-रेखीयतामा ठूलो चुनौतीहरूको सामना गर्छन्। उद्योगमा अन्य प्रविधि मार्गहरूमा InP, पातलो फिल्म लिथियम निओबेट LNOI, इलेक्ट्रो-अप्टिकल पोलिमरहरू, र अन्य बहु-प्लेटफर्म विषम एकीकरण समाधानहरू समावेश छन्। LNOI लाई अल्ट्रा-हाई स्पीड र कम पावर मोड्युलेसनमा उत्कृष्ट प्रदर्शन प्राप्त गर्न सक्ने समाधान मानिन्छ, यद्यपि, यसमा हाल ठूलो उत्पादन प्रक्रिया र लागतको सन्दर्भमा केही चुनौतीहरू छन्। हालै, टोलीले उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक गुणहरू र ठूलो मात्रामा उत्पादन भएको पातलो फिल्म लिथियम ट्यान्टालेट (LTOI) एकीकृत फोटोनिक प्लेटफर्म सुरु गरेको छ, जुन धेरै अनुप्रयोगहरूमा लिथियम नियोबेट र सिलिकन अप्टिकल प्लेटफर्महरूको प्रदर्शनसँग मेल खाने वा त्योभन्दा बढी हुने अपेक्षा गरिएको छ। यद्यपि, अहिलेसम्म, को मुख्य उपकरणअप्टिकल कम्युनिकेसन, अल्ट्रा-हाई स्पीड इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर, LTOI मा प्रमाणित गरिएको छैन।
यस अध्ययनमा, अनुसन्धानकर्ताहरूले पहिले LTOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर डिजाइन गरे, जसको संरचना चित्र १ मा देखाइएको छ। इन्सुलेटरमा लिथियम ट्यान्टालेटको प्रत्येक तहको संरचनाको डिजाइन र माइक्रोवेभ इलेक्ट्रोडको प्यारामिटरहरू मार्फत, माइक्रोवेभ र प्रकाश तरंगको प्रसार गति मिल्दोजुल्दो।इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरमाइक्रोवेभ इलेक्ट्रोडको क्षति कम गर्ने सन्दर्भमा, यस काममा अनुसन्धानकर्ताहरूले पहिलो पटक राम्रो चालकता भएको इलेक्ट्रोड सामग्रीको रूपमा चाँदीको प्रयोग प्रस्ताव गरे, र चाँदीको इलेक्ट्रोडले व्यापक रूपमा प्रयोग हुने सुनको इलेक्ट्रोडको तुलनामा माइक्रोवेभ क्षतिलाई ८२% मा घटाएको देखाइएको छ।
चित्र १ LTOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर संरचना, चरण मिलान डिजाइन, माइक्रोवेभ इलेक्ट्रोड हानि परीक्षण।
चित्र २ ले LTOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरको प्रयोगात्मक उपकरण र नतिजाहरू देखाउँछतीव्रता मोड्युलेटेडअप्टिकल सञ्चार प्रणालीहरूमा प्रत्यक्ष पहिचान (IMDD)। प्रयोगहरूले देखाउँछन् कि LTOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरले २५% SD-FEC थ्रेसहोल्ड भन्दा ३.८×१०⁻² को मापन गरिएको BER सहित १७६ GBd को साइन दरमा PAM8 सिग्नलहरू प्रसारण गर्न सक्छ। २०० GBd PAM4 र २०८ GBd PAM2 दुवैको लागि, BER १५% SD-FEC र ७% HD-FEC को थ्रेसहोल्ड भन्दा उल्लेखनीय रूपमा कम थियो। चित्र ३ मा आँखा र हिस्टोग्राम परीक्षणको नतिजाले दृश्यात्मक रूपमा LTOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर उच्च रेखीयता र कम बिट त्रुटि दर भएको उच्च-गति सञ्चार प्रणालीहरूमा प्रयोग गर्न सकिन्छ भनेर देखाउँछ।
चित्र २ को लागि LTOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर प्रयोग गरेर प्रयोग गर्नुहोस्तीव्रता मोड्युलेटेडअप्टिकल सञ्चार प्रणालीमा प्रत्यक्ष पत्ता लगाउने (IMDD) (a) प्रयोगात्मक उपकरण; (b) साइन दरको प्रकार्यको रूपमा PAM8(रातो), PAM4(हरियो) र PAM2(नीलो) संकेतहरूको मापन गरिएको बिट त्रुटि दर (BER); (c) २५% SD-FEC सीमा भन्दा कम बिट-त्रुटि दर मानहरू भएको मापनको लागि निकालिएको प्रयोगयोग्य जानकारी दर (AIR, ड्यास गरिएको रेखा) र सम्बन्धित नेट डेटा दर (NDR, ठोस रेखा); (d) PAM2, PAM4, PAM8 मोड्युलेसन अन्तर्गत आँखा नक्सा र सांख्यिकीय हिस्टोग्रामहरू।
यो कामले ११० GHz को ३ dB ब्यान्डविथ भएको पहिलो उच्च-गतिको LTOI इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटर प्रदर्शन गर्दछ। तीव्रता मोड्युलेसन प्रत्यक्ष पत्ता लगाउने IMDD प्रसारण प्रयोगहरूमा, उपकरणले ४०५ Gbit/s को एकल क्यारियर नेट डाटा दर प्राप्त गर्दछ, जुन LNOI र प्लाज्मा मोड्युलेटरहरू जस्ता अवस्थित इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्लेटफर्महरूको उत्कृष्ट प्रदर्शनसँग तुलना गर्न सकिन्छ। भविष्यमा, थप जटिल प्रयोग गरेरIQ मोड्युलेटरडिजाइन वा थप उन्नत सिग्नल त्रुटि सुधार प्रविधिहरू, वा क्वार्ट्ज सब्सट्रेटहरू जस्ता कम माइक्रोवेभ हानि सब्सट्रेटहरू प्रयोग गरेर, लिथियम ट्यान्टालेट उपकरणहरूले २ Tbit/s वा सोभन्दा माथिको सञ्चार दर प्राप्त गर्ने अपेक्षा गरिन्छ। LTOI का विशिष्ट फाइदाहरू, जस्तै कम बाइरेफ्रिन्जेन्स र अन्य RF फिल्टर बजारहरूमा यसको व्यापक प्रयोगको कारणले स्केल प्रभावसँग मिलाएर, लिथियम ट्यान्टालेट फोटोनिक्स प्रविधिले अर्को पुस्ताको उच्च-गति अप्टिकल सञ्चार नेटवर्कहरू र माइक्रोवेभ फोटोनिक्स प्रणालीहरूको लागि कम लागत, कम-शक्ति र अल्ट्रा-हाई-स्पीड समाधानहरू प्रदान गर्नेछ।
पोस्ट समय: डिसेम्बर-११-२०२४