एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजीमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेटको फाइदा र महत्त्व
माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिठूला काम गर्ने ब्यान्डविथ, बलियो समानान्तर प्रशोधन क्षमता र कम प्रसारण हानिका फाइदाहरू छन्, जसले परम्परागत माइक्रोवेभ प्रणालीको प्राविधिक बाधा तोड्ने र रडार, इलेक्ट्रोनिक युद्ध, सञ्चार र मापन जस्ता सैन्य इलेक्ट्रोनिक सूचना उपकरणहरूको कार्यसम्पादन सुधार गर्ने क्षमता राख्दछ। नियन्त्रण। यद्यपि, अलग उपकरणहरूमा आधारित माइक्रोवेभ फोटोन प्रणालीमा केही समस्याहरू छन् जस्तै ठूलो भोल्युम, भारी तौल र कमजोर स्थिरता, जसले स्पेसबोर्न र एयरबोर्न प्लेटफर्महरूमा माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको प्रयोगलाई गम्भीर रूपमा प्रतिबन्धित गर्दछ। तसर्थ, एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजी सैन्य इलेक्ट्रोनिक सूचना प्रणालीमा माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगलाई तोड्न र माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजीका फाइदाहरूलाई पूर्ण खेल दिनको लागि महत्त्वपूर्ण समर्थन बनिरहेको छ।
हाल, SI-आधारित फोटोनिक एकीकरण प्रविधि र INP-आधारित फोटोनिक एकीकरण प्रविधि अप्टिकल सञ्चारको क्षेत्रमा वर्षौंको विकास पछि बढि परिपक्व भएको छ, र धेरै उत्पादनहरू बजारमा राखिएको छ। यद्यपि, माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगको लागि, यी दुई प्रकारका फोटोन एकीकरण प्रविधिहरूमा केही समस्याहरू छन्: उदाहरणका लागि, Si मोड्युलेटर र InP मोड्युलेटरको ननलाइनर इलेक्ट्रो-अप्टिकल गुणांक माइक्रोवेभद्वारा पछ्याइएको उच्च रेखीयता र ठूलो गतिशील विशेषताहरूको विपरीत छ। फोटोन प्रविधि; उदाहरणका लागि, सिलिकन अप्टिकल स्विच जसले अप्टिकल मार्ग स्विचिङलाई महसुस गर्छ, चाहे थर्मल-अप्टिकल प्रभाव, पिजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, वा क्यारियर इन्जेक्सन फैलावट प्रभावमा आधारित होस्, ढिलो स्विचिङ गति, पावर खपत र गर्मी खपतको समस्याहरू छन्, जसले छिटो पूरा गर्न सक्दैन। बीम स्क्यानिङ र ठूलो एरे स्केल माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगहरू।
लिथियम niobate सधैं उच्च गति को लागी पहिलो छनोट भएको छइलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेसनयसको उत्कृष्ट रैखिक इलेक्ट्रो-ओप्टिक प्रभावको कारण सामग्री। यद्यपि, परम्परागत लिथियम niobateइलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरठूलो लिथियम निओबेट क्रिस्टल सामग्रीबाट बनेको छ, र उपकरणको आकार धेरै ठूलो छ, जसले एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजी प्रणालीमा रैखिक इलेक्ट्रो-अप्टिकल गुणांकको साथ लिथियम निओबेट सामग्री कसरी एकीकृत गर्ने प्रासंगिक अनुसन्धानकर्ताहरूको लक्ष्य भएको छ। 2018 मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको हार्वर्ड विश्वविद्यालयको अनुसन्धान टोलीले पहिलो पटक प्रकृतिमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेटमा आधारित फोटोनिक एकीकरण प्रविधिको रिपोर्ट गर्यो, किनभने प्रविधिमा उच्च एकीकरण, ठूलो इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोडुलेशन ब्यान्डविथ, र इलेक्ट्रोको उच्च रेखीयताका फाइदाहरू छन्। - अप्टिकल प्रभाव, एक पटक सुरू भएपछि, यसले तुरुन्तै फोटोनिक एकीकरण र माइक्रोवेभ फोटोनिक्सको क्षेत्रमा शैक्षिक र औद्योगिक ध्यानको कारण बनायो। माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगको परिप्रेक्ष्यबाट, यो कागजले माइक्रोवेभ फोटोन टेक्नोलोजीको विकासमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेटमा आधारित फोटोन एकीकरण प्रविधिको प्रभाव र महत्त्वको समीक्षा गर्दछ।
पातलो फिल्म लिथियम niobate सामग्री र पातलो फिल्मलिथियम niobate मोड्युलेटर
हालैका दुई वर्षहरूमा, नयाँ प्रकारको लिथियम नाइओबेट सामग्री देखा परेको छ, त्यो हो, लिथियम निओबेट फिल्मलाई ठूलो लिथियम नाइओबेट क्रिस्टलबाट "आयन स्लाइसिङ" विधिद्वारा एक्सफोलिएट गरिएको छ र सिलिका बफर तहको साथ सी वेफरमा बाँधिएको छ। फारम LNOI (LiNbO3-अन-इन्सुलेटर) सामग्री [5], जसलाई यस पेपरमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्री भनिन्छ। 100 न्यानोमिटर भन्दा बढि उचाइ भएको रिज वेभगाइडहरू पातलो फिल्म लिथियम नाइओबेट सामग्रीहरूमा अनुकूलित ड्राई एचिंग प्रक्रियाद्वारा कोर्न सकिन्छ, र बनाइएको वेभगाइडहरूको प्रभावकारी अपवर्तक सूचकांक भिन्नता 0.8 (परम्परागतको अपवर्तक सूचकांक भिन्नता भन्दा धेरै बढी) पुग्न सक्छ। ०.०२ को लिथियम निओबेट वेभगाइड), चित्र १ मा देखाइए अनुसार। कडा प्रतिबन्धित वेभगाइडले मोड्युलेटर डिजाइन गर्दा प्रकाश क्षेत्रलाई माइक्रोवेभ फिल्डसँग मिलाउन सजिलो बनाउँछ। तसर्थ, छोटो लम्बाइमा कम हाफ-वेभ भोल्टेज र ठूलो मोड्युलेसन ब्यान्डविथ प्राप्त गर्न लाभदायक छ।
कम हानि लिथियम niobate submicron waveguide को उपस्थिति पारंपरिक लिथियम niobate इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटर को उच्च ड्राइभिङ भोल्टेज को बाधा तोड्छ। इलेक्ट्रोड स्पेसिङ ~ 5 μm मा घटाउन सकिन्छ, र बिजुली क्षेत्र र अप्टिकल मोड क्षेत्र बीचको ओभरल्याप धेरै बढेको छ, र vπ ·L 20 V·cm भन्दा 2.8 V·cm भन्दा कममा घट्छ। यसैले, समान आधा-तरंग भोल्टेज अन्तर्गत, उपकरणको लम्बाइ पारंपरिक मोड्युलेटरको तुलनामा धेरै कम गर्न सकिन्छ। एकै समयमा, ट्राभल वेभ इलेक्ट्रोडको चौडाइ, मोटाई र अन्तरालको प्यारामिटरहरू अप्टिमाइज गरेपछि, चित्रमा देखाइए अनुसार, मोड्युलेटरसँग 100 GHz भन्दा बढी अल्ट्रा-उच्च मोडुलेशन ब्यान्डविथको क्षमता हुन सक्छ।
Fig.1 （a） गणना गरिएको मोड वितरण र （b） LN waveguide को क्रस-सेक्शनको छवि
Fig.2 （a） Waveguide र इलेक्ट्रोड संरचना र （b） LN मोड्युलेटरको coreplate
पातलो फिल्म लिथियम निओबेट मोड्युलेटरहरूको तुलना परम्परागत लिथियम निओबेट कमर्शियल मोड्युलेटरहरू, सिलिकन-आधारित मोड्युलेटरहरू र इन्डियम फस्फाइड (आईएनपी) मोड्युलेटरहरू र अन्य अवस्थित उच्च-गति इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरहरू, तुलनाका मुख्य मापदण्डहरू समावेश छन्:
(१) हाफ-वेभ भोल्ट-लम्बाइ उत्पादन (vπ ·L, V·cm), मोड्युलेटरको मोड्युलेसन दक्षता नाप्ने, मूल्य जति सानो हुन्छ, उति नै उच्च मोड्युलेसन दक्षता;
(2) 3 dB मोडुलेशन ब्यान्डविथ (GHz), जसले उच्च-फ्रिक्वेन्सी मोड्युलेसनमा मोड्युलेटरको प्रतिक्रिया मापन गर्दछ;
(3) मोड्युलेसन क्षेत्रमा अप्टिकल इन्सर्सन हानि (dB)। यो तालिकाबाट देख्न सकिन्छ कि पातलो फिल्म लिथियम निओबेट मोड्युलेटरसँग मोड्युलेसन ब्यान्डविथ, हाफ-वेभ भोल्टेज, अप्टिकल इन्टरपोलेसन हानि र यस्तै अन्यमा स्पष्ट फाइदाहरू छन्।
सिलिकन, एकीकृत अप्टोइलेक्ट्रोनिक्सको आधारशिलाको रूपमा, अहिलेसम्म विकसित गरिएको छ, प्रक्रिया परिपक्व छ, यसको लघुकरण सक्रिय/निष्क्रिय उपकरणहरूको ठूलो मात्रामा एकीकरणको लागि अनुकूल छ, र यसको मोड्युलेटरलाई अप्टिकलको क्षेत्रमा व्यापक र गहिरो अध्ययन गरिएको छ। संचार। सिलिकनको इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेसन मेकानिजम मुख्यतया क्यारियर डिप्लिङ-शन, क्यारियर इन्जेक्सन र वाहक संचय हो। ती मध्ये, मोड्युलेटरको ब्यान्डविथ रैखिक डिग्री क्यारियर डिप्लेशन मेकानिज्मको साथ इष्टतम छ, तर किनभने अप्टिकल फिल्ड डिस्ट्रिब्युसन डिप्लेशन क्षेत्रको गैर-एकरूपतासँग ओभरल्याप हुन्छ, यस प्रभावले गैर-रेखीय दोस्रो-अर्डर विरूपण र तेस्रो-अर्डर इन्टरमोड्युलेसन विकृति परिचय गराउँदछ। सर्तहरू, प्रकाशमा वाहकको अवशोषण प्रभावसँग मिलेर, जसले अप्टिकल मोड्युलेसन आयाम र संकेत विकृतिमा कमी ल्याउनेछ।
InP मोड्युलेटरमा उत्कृष्ट इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रभावहरू छन्, र बहु-तह क्वान्टम राम्रो संरचनाले अल्ट्रा-उच्च दर र कम ड्राइभिङ भोल्टेज मोड्युलेटरहरू Vπ·L 0.156V · मिमी सम्म महसुस गर्न सक्छ। यद्यपि, विद्युतीय क्षेत्रको साथ अपवर्तक सूचकांकको भिन्नतामा रैखिक र गैररेखीय सर्तहरू समावेश छन्, र विद्युतीय क्षेत्रको तीव्रताको वृद्धिले दोस्रो-क्रम प्रभावलाई प्रमुख बनाउनेछ। त्यसकारण, सिलिकन र InP इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोड्युलेटरहरूले काम गर्दा pn जंक्शन बनाउन पूर्वाग्रह लागू गर्न आवश्यक छ, र pn जंक्शनले प्रकाशमा अवशोषण हानि ल्याउनेछ। यद्यपि, यी दुईको मोड्युलेटर साइज सानो छ, व्यावसायिक InP मोड्युलेटर साइज LN मोड्युलेटरको 1/4 हो। उच्च मोड्युलेसन दक्षता, उच्च घनत्व र छोटो दूरीको डिजिटल अप्टिकल ट्रान्समिशन नेटवर्कहरू जस्तै डाटा केन्द्रहरूका लागि उपयुक्त। लिथियम niobate को इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रभाव कुनै प्रकाश अवशोषण संयन्त्र र कम हानि छैन, जो लामो दूरी सुसंगत लागि उपयुक्त छ।अप्टिकल संचारठूलो क्षमता र उच्च दर संग। माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगमा, Si र InP को इलेक्ट्रो-अप्टिकल गुणांकहरू ननलाइनर हुन्, जुन माइक्रोवेभ फोटोन प्रणालीको लागि उपयुक्त छैन जसले उच्च रेखीयता र ठूलो गतिशीलतालाई पछ्याउँछ। लिथियम niobate सामग्री माइक्रोवेव फोटोन अनुप्रयोगको लागि धेरै उपयुक्त छ किनभने यसको पूर्णतया रैखिक इलेक्ट्रो-ओप्टिक मोडुलेशन गुणांक छ।
पोस्ट समय: अप्रिल-22-2024