एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेटको फाइदा र महत्त्व
माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिठूलो काम गर्ने ब्यान्डविथ, बलियो समानान्तर प्रशोधन क्षमता र कम प्रसारण हानि जस्ता फाइदाहरू छन्, जसले परम्परागत माइक्रोवेभ प्रणालीको प्राविधिक अवरोध तोड्ने र राडार, इलेक्ट्रोनिक युद्ध, सञ्चार र मापन र नियन्त्रण जस्ता सैन्य इलेक्ट्रोनिक सूचना उपकरणहरूको कार्यसम्पादन सुधार गर्ने क्षमता राख्छ। यद्यपि, अलग उपकरणहरूमा आधारित माइक्रोवेभ फोटोन प्रणालीमा ठूलो मात्रा, भारी तौल र कमजोर स्थिरता जस्ता केही समस्याहरू छन्, जसले अन्तरिक्षजन्य र वायुजनित प्लेटफर्महरूमा माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको प्रयोगलाई गम्भीर रूपमा प्रतिबन्धित गर्दछ। त्यसकारण, एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधि सैन्य इलेक्ट्रोनिक सूचना प्रणालीमा माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगलाई तोड्न र माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको फाइदाहरूलाई पूर्ण रूपमा खेल्नको लागि महत्त्वपूर्ण समर्थन बन्दै गएको छ।
हाल, अप्टिकल सञ्चारको क्षेत्रमा वर्षौंको विकास पछि SI-आधारित फोटोनिक एकीकरण प्रविधि र INP-आधारित फोटोनिक एकीकरण प्रविधिहरू परिपक्व हुँदै गएका छन्, र धेरै उत्पादनहरू बजारमा आएका छन्। यद्यपि, माइक्रोवेभ फोटोनको प्रयोगको लागि, यी दुई प्रकारका फोटोन एकीकरण प्रविधिहरूमा केही समस्याहरू छन्: उदाहरणका लागि, Si मोड्युलेटर र InP मोड्युलेटरको गैर-रेखीय इलेक्ट्रो-अप्टिकल गुणांक माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिद्वारा पछ्याइएको उच्च रेखीयता र ठूलो गतिशील विशेषताहरूको विपरीत छ; उदाहरणका लागि, थर्मल-अप्टिकल प्रभाव, पाइजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, वा क्यारियर इन्जेक्सन फैलावट प्रभावमा आधारित अप्टिकल पथ स्विचिङलाई महसुस गर्ने सिलिकन अप्टिकल स्विचमा ढिलो स्विचिङ गति, पावर खपत र ताप खपतको समस्याहरू छन्, जसले द्रुत बीम स्क्यानिङ र ठूलो एरे स्केल माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगहरू पूरा गर्न सक्दैन।
लिथियम नियोबेट सधैं उच्च गतिको लागि पहिलो रोजाइ भएको छ।इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेसनउत्कृष्ट रेखीय इलेक्ट्रो-अप्टिक प्रभावको कारणले गर्दा सामग्रीहरू। यद्यपि, परम्परागत लिथियम निओबेटइलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरविशाल लिथियम निओबेट क्रिस्टल सामग्रीबाट बनेको छ, र उपकरणको आकार धेरै ठूलो छ, जसले एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। एकीकृत माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधि प्रणालीमा रेखीय इलेक्ट्रो-अप्टिकल गुणांक भएको लिथियम निओबेट सामग्रीहरू कसरी एकीकृत गर्ने भन्ने कुरा सान्दर्भिक अनुसन्धानकर्ताहरूको लक्ष्य बनेको छ। २०१८ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको हार्वर्ड विश्वविद्यालयको अनुसन्धान टोलीले पहिलो पटक प्रकृतिमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेटमा आधारित फोटोनिक एकीकरण प्रविधिको रिपोर्ट गर्यो, किनभने यस प्रविधिमा उच्च एकीकरण, ठूलो इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेसन ब्यान्डविथ, र इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रभावको उच्च रेखीयताका फाइदाहरू छन्, एक पटक सुरु भएपछि, यसले तुरुन्तै फोटोनिक एकीकरण र माइक्रोवेभ फोटोनिक्सको क्षेत्रमा शैक्षिक र औद्योगिक ध्यान खिचेको छ। माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगको दृष्टिकोणबाट, यो पेपरले माइक्रोवेभ फोटोन प्रविधिको विकासमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेटमा आधारित फोटोन एकीकरण प्रविधिको प्रभाव र महत्त्वको समीक्षा गर्दछ।
पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्री र पातलो फिल्मलिथियम निओबेट मोड्युलेटर
हालैका दुई वर्षमा, नयाँ प्रकारको लिथियम निओबेट सामग्री देखा परेको छ, अर्थात्, लिथियम निओबेट फिल्मलाई "आयन स्लाइसिङ" विधिद्वारा विशाल लिथियम निओबेट क्रिस्टलबाट एक्सफोलिएट गरिन्छ र सिलिका बफर तहको साथ Si वेफरमा बाँधेर LNOI (LiNbO3-अन-इन्सुलेटर) सामग्री [5] बनाउँछ, जसलाई यस पेपरमा पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्री भनिन्छ। १०० न्यानोमिटर भन्दा बढी उचाइ भएका रिज वेभगाइडहरूलाई अनुकूलित सुख्खा एचिंग प्रक्रियाद्वारा पातलो फिल्म लिथियम निओबेट सामग्रीहरूमा नक्काशी गर्न सकिन्छ, र बनाइएका वेभगाइडहरूको प्रभावकारी अपवर्तक सूचकांक भिन्नता ०.८ भन्दा बढी (०.०२ को परम्परागत लिथियम निओबेट वेभगाइडहरूको अपवर्तक सूचकांक भिन्नता भन्दा धेरै बढी) पुग्न सक्छ, जस्तै चित्र १ मा देखाइएको छ। कडा रूपमा प्रतिबन्धित वेभगाइडले मोड्युलेटर डिजाइन गर्दा माइक्रोवेभ क्षेत्रसँग प्रकाश क्षेत्र मिलाउन सजिलो बनाउँछ। यसरी, छोटो लम्बाइमा कम आधा-तरंग भोल्टेज र ठूलो मोड्युलेसन ब्यान्डविथ प्राप्त गर्न लाभदायक हुन्छ।
कम हानि हुने लिथियम निओबेट सबमाइक्रोन वेभगाइडको उपस्थितिले परम्परागत लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरको उच्च ड्राइभिङ भोल्टेजको अवरोध तोड्छ। इलेक्ट्रोड स्पेसिङ ~ 5 μm मा घटाउन सकिन्छ, र विद्युतीय क्षेत्र र अप्टिकल मोड फिल्ड बीचको ओभरल्याप धेरै बढ्छ, र vπ ·L २० V·cm भन्दा बढीबाट २.८ V·cm भन्दा कममा घट्छ। त्यसकारण, एउटै आधा-तरंग भोल्टेज अन्तर्गत, परम्परागत मोड्युलेटरको तुलनामा उपकरणको लम्बाइ धेरै कम गर्न सकिन्छ। एकै समयमा, चित्रमा देखाइए अनुसार, यात्रा गर्ने तरंग इलेक्ट्रोडको चौडाइ, मोटाई र अन्तरालको प्यारामिटरहरू अनुकूलन गरेपछि, मोड्युलेटरमा १०० GHz भन्दा बढी अल्ट्रा-उच्च मोड्युलेसन ब्यान्डविथको क्षमता हुन सक्छ।
चित्र १ (a) गणना गरिएको मोड वितरण र (b) LN वेभगाइडको क्रस-सेक्शनको छवि
चित्र २ (क) वेभगाइड र इलेक्ट्रोड संरचना र (ख) LN मोड्युलेटरको कोरप्लेट
पातलो फिल्म लिथियम निओबेट मोड्युलेटरहरूको तुलना परम्परागत लिथियम निओबेट व्यावसायिक मोड्युलेटरहरू, सिलिकन-आधारित मोड्युलेटरहरू र इन्डियम फस्फाइड (InP) मोड्युलेटरहरू र अन्य अवस्थित उच्च-गति इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेटरहरूसँग, तुलनाको मुख्य प्यारामिटरहरू समावेश छन्:
(१) आधा-तरंग भोल्ट-लम्बाइ उत्पादन (vπ ·L, V·cm), मोड्युलेटरको मोड्युलेसन दक्षता मापन गर्दै, मान जति सानो हुन्छ, मोड्युलेसन दक्षता त्यति नै उच्च हुन्छ;
(२) ३ dB मोड्युलेसन ब्यान्डविथ (GHz), जसले उच्च-फ्रिक्वेन्सी मोड्युलेसनमा मोड्युलेटरको प्रतिक्रिया मापन गर्दछ;
(३) मोड्युलेसन क्षेत्रमा अप्टिकल इन्सर्सन लस (dB)। तालिकाबाट यो देख्न सकिन्छ कि पातलो फिल्म लिथियम नियोबेट मोड्युलेटरको मोड्युलेसन ब्यान्डविथ, हाफ-वेभ भोल्टेज, अप्टिकल इन्टरपोलेसन लस र यस्तै अन्य कुराहरूमा स्पष्ट फाइदाहरू छन्।
एकीकृत अप्टोइलेक्ट्रोनिक्सको आधारशिलाको रूपमा सिलिकन अहिलेसम्म विकसित गरिएको छ, प्रक्रिया परिपक्व छ, यसको लघुकरण सक्रिय/निष्क्रिय उपकरणहरूको ठूलो स्तरको एकीकरणको लागि अनुकूल छ, र यसको मोड्युलेटर अप्टिकल सञ्चारको क्षेत्रमा व्यापक र गहिरो अध्ययन गरिएको छ। सिलिकनको इलेक्ट्रो-अप्टिकल मोड्युलेसन संयन्त्र मुख्यतया क्यारियर डिप्लिङ-टेशन, क्यारियर इन्जेक्सन र क्यारियर संचय हो। ती मध्ये, मोड्युलेटरको ब्यान्डविथ रेखीय डिग्री क्यारियर डिप्लेशन संयन्त्रसँग इष्टतम छ, तर अप्टिकल क्षेत्र वितरण डिप्लेशन क्षेत्रको गैर-एकरूपतासँग ओभरल्याप हुने भएकोले, यो प्रभावले प्रकाशमा क्यारियरको अवशोषण प्रभावसँग मिलेर गैर-रेखीय दोस्रो-क्रम विकृति र तेस्रो-क्रम इन्टरमोड्युलेसन विकृति सर्तहरू प्रस्तुत गर्नेछ, जसले अप्टिकल मोड्युलेसन आयाम र सिग्नल विकृतिलाई घटाउनेछ।
InP मोड्युलेटरमा उत्कृष्ट इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रभावहरू छन्, र बहु-तह क्वान्टम वेल संरचनाले ०.१५६V · मिमी सम्म Vπ·L भएका अल्ट्रा-उच्च दर र कम ड्राइभिङ भोल्टेज मोड्युलेटरहरू महसुस गर्न सक्छ। यद्यपि, विद्युतीय क्षेत्रको साथ अपवर्तक सूचकांकको भिन्नतामा रेखीय र गैर-रेखीय शब्दहरू समावेश छन्, र विद्युतीय क्षेत्र तीव्रताको वृद्धिले दोस्रो-क्रम प्रभावलाई प्रमुख बनाउनेछ। त्यसकारण, सिलिकन र InP इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेटरहरूले काम गर्दा pn जंक्शन बनाउन पूर्वाग्रह लागू गर्न आवश्यक छ, र pn जंक्शनले प्रकाशमा अवशोषण हानि ल्याउनेछ। यद्यपि, यी दुईको मोड्युलेटर आकार सानो छ, व्यावसायिक InP मोड्युलेटर आकार LN मोड्युलेटरको १/४ हो। उच्च मोड्युलेसन दक्षता, उच्च घनत्व र छोटो दूरीको डिजिटल अप्टिकल प्रसारण नेटवर्कहरू जस्तै डेटा केन्द्रहरूको लागि उपयुक्त। लिथियम निओबेटको इलेक्ट्रो-अप्टिकल प्रभावमा कुनै प्रकाश अवशोषण संयन्त्र र कम हानि छैन, जुन लामो दूरीको सुसंगतको लागि उपयुक्त छ।अप्टिकल कम्युनिकेसनठूलो क्षमता र उच्च दरको साथ। माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगमा, Si र InP को इलेक्ट्रो-अप्टिकल गुणांकहरू गैर-रेखीय हुन्छन्, जुन उच्च रेखीयता र ठूलो गतिशीलता पछ्याउने माइक्रोवेभ फोटोन प्रणालीको लागि उपयुक्त हुँदैन। लिथियम नियोबेट सामग्री यसको पूर्ण रूपमा रेखीय इलेक्ट्रो-अप्टिक मोड्युलेसन गुणांकको कारणले माइक्रोवेभ फोटोन अनुप्रयोगको लागि धेरै उपयुक्त छ।
पोस्ट समय: अप्रिल-२२-२०२४