उच्च एकात्मिक पातळ फिल्म लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर

उच्च रेषीयताइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरआणि मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोग
संप्रेषण प्रणालींच्या वाढत्या गरजांनुसार, सिग्नलच्या प्रसारणाची कार्यक्षमता आणखी सुधारण्यासाठी, लोक पूरक फायदे मिळविण्यासाठी फोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनचे फ्यूजन करतील आणि मायक्रोवेव्ह फोटोनिक्सचा जन्म होईल. विजेचे प्रकाशात रूपांतर करण्यासाठी इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरची आवश्यकता आहे.मायक्रोवेव्ह फोटोनिक सिस्टम्स, आणि ही महत्त्वाची पायरी सहसा संपूर्ण प्रणालीची कार्यक्षमता ठरवते. रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सिग्नलचे ऑप्टिकल डोमेनमध्ये रूपांतरण ही एक अॅनालॉग सिग्नल प्रक्रिया असल्याने, आणि सामान्यइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरअंतर्निहित नॉनलाइनियरिटी असल्याने, रूपांतरण प्रक्रियेत गंभीर सिग्नल विकृती आहे. अंदाजे रेषीय मॉड्युलेशन साध्य करण्यासाठी, मॉड्युलेटरचा ऑपरेटिंग पॉइंट सामान्यतः ऑर्थोगोनल बायस पॉइंटवर निश्चित केला जातो, परंतु तरीही तो मॉड्युलेटरच्या रेषीयतेसाठी मायक्रोवेव्ह फोटॉन लिंकच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही. उच्च रेषीयतेसह इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरची तातडीने आवश्यकता आहे.

सिलिकॉन पदार्थांचे हाय-स्पीड रिफ्रॅक्टिव्ह इंडेक्स मॉड्युलेशन सामान्यतः फ्री कॅरियर प्लाझ्मा डिस्पर्शन (FCD) इफेक्टद्वारे साध्य केले जाते. FCD इफेक्ट आणि PN जंक्शन मॉड्युलेशन दोन्ही नॉनलाइनर आहेत, ज्यामुळे सिलिकॉन मॉड्युलेटर लिथियम निओबेट मॉड्युलेटरपेक्षा कमी रेषीय बनतो. लिथियम निओबेट मटेरियल उत्कृष्ट प्रदर्शन करतात.इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेशनत्यांच्या पकर इफेक्टमुळे गुणधर्म. त्याच वेळी, लिथियम निओबेट मटेरियलमध्ये मोठी बँडविड्थ, चांगली मॉड्युलेशन वैशिष्ट्ये, कमी नुकसान, सोपे एकत्रीकरण आणि सेमीकंडक्टर प्रक्रियेशी सुसंगतता, उच्च-कार्यक्षमता इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटर बनवण्यासाठी पातळ फिल्म लिथियम निओबेटचा वापर, सिलिकॉनच्या तुलनेत जवळजवळ "शॉर्ट प्लेट" नाही, परंतु उच्च रेषीयता प्राप्त करणे हे फायदे आहेत. इन्सुलेटरवर पातळ फिल्म लिथियम निओबेट (LNOI) इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर ही एक आशादायक विकास दिशा बनली आहे. पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियल तयारी तंत्रज्ञान आणि वेव्हगाइड एचिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, पातळ फिल्म लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरची उच्च रूपांतरण कार्यक्षमता आणि उच्च एकत्रीकरण आंतरराष्ट्रीय शैक्षणिक आणि उद्योगाचे क्षेत्र बनले आहे.

पातळ फिल्म लिथियम निओबेटची वैशिष्ट्ये
अमेरिकेत डीएपी एआर प्लॅनिंगने लिथियम निओबेट पदार्थांचे खालील मूल्यांकन केले आहे: जर इलेक्ट्रॉनिक क्रांतीच्या केंद्राचे नाव सिलिकॉन पदार्थावरून ठेवले गेले असेल ज्यामुळे ते शक्य झाले, तर फोटोनिक्स क्रांतीचे जन्मस्थान लिथियम निओबेट असे नाव असण्याची शक्यता आहे. कारण लिथियम निओबेट ऑप्टिक्सच्या क्षेत्रात सिलिकॉन पदार्थांप्रमाणेच इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रभाव, ध्वनिक-ऑप्टिकल प्रभाव, पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव, थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव आणि फोटोरेफ्रॅक्टिव्ह प्रभाव एकत्रित करते.

ऑप्टिकल ट्रान्समिशन वैशिष्ट्यांच्या बाबतीत, सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या १५५०nm बँडमध्ये प्रकाश शोषल्यामुळे InP मटेरियलमध्ये सर्वात जास्त ऑन-चिप ट्रान्समिशन लॉस असतो. SiO2 आणि सिलिकॉन नायट्राइडमध्ये सर्वोत्तम ट्रान्समिशन वैशिष्ट्ये आहेत आणि हा लॉस ~ ०.०१dB/सेमी पातळीपर्यंत पोहोचू शकतो; सध्या, थिन-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगाइडचे वेव्हगाइड लॉस ०.०३dB/सेमी पातळीपर्यंत पोहोचू शकते आणि भविष्यात तांत्रिक पातळीत सतत सुधारणा होत राहिल्याने थिन-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगाइडचे लॉस आणखी कमी होण्याची क्षमता आहे. म्हणून, थिन फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियल प्रकाशसंश्लेषण मार्ग, शंट आणि मायक्रोरिंग सारख्या निष्क्रिय प्रकाश संरचनांसाठी चांगली कामगिरी दर्शवेल.

प्रकाश निर्मितीच्या बाबतीत, फक्त InP मध्ये थेट प्रकाश उत्सर्जित करण्याची क्षमता असते; म्हणून, मायक्रोवेव्ह फोटॉनच्या वापरासाठी, बॅकलोडिंग वेल्डिंग किंवा एपिटॅक्सियल ग्रोथद्वारे LNOI आधारित फोटोनिक इंटिग्रेटेड चिपवर InP आधारित प्रकाश स्रोत सादर करणे आवश्यक आहे. प्रकाश मॉड्युलेशनच्या बाबतीत, वर जोर देण्यात आला आहे की पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियल मोठ्या मॉड्युलेशन बँडविड्थ, कमी हाफ-वेव्ह व्होल्टेज आणि कमी ट्रान्समिशन लॉस प्राप्त करणे सोपे आहे. शिवाय, पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियलच्या इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेशनची उच्च रेषीयता सर्व मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक आहे.

ऑप्टिकल राउटिंगच्या बाबतीत, पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियलच्या हाय स्पीड इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रिस्पॉन्समुळे LNOI आधारित ऑप्टिकल स्विच हाय-स्पीड ऑप्टिकल राउटिंग स्विचिंग करण्यास सक्षम बनतो आणि अशा हाय-स्पीड स्विचिंगचा पॉवर वापर देखील खूप कमी असतो. एकात्मिक मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाच्या सामान्य वापरासाठी, ऑप्टिकली नियंत्रित बीमफॉर्मिंग चिपमध्ये जलद बीम स्कॅनिंगच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी हाय-स्पीड स्विचिंगची क्षमता असते आणि अल्ट्रा-लो पॉवर वापराची वैशिष्ट्ये मोठ्या प्रमाणात फेज्ड अॅरे सिस्टमच्या कठोर आवश्यकतांनुसार चांगल्या प्रकारे जुळवून घेतली जातात. जरी InP आधारित ऑप्टिकल स्विच हाय-स्पीड ऑप्टिकल पाथ स्विचिंग देखील साकार करू शकतो, तरीही तो मोठा आवाज आणेल, विशेषतः जेव्हा मल्टीलेव्हल ऑप्टिकल स्विच कॅस्केड केला जातो, तेव्हा नॉइज कोएन्शियंट गंभीरपणे खराब होईल. सिलिकॉन, SiO2 आणि सिलिकॉन नायट्राइड मटेरियल केवळ थर्मो-ऑप्टिकल इफेक्ट किंवा कॅरियर डिस्पर्शन इफेक्टद्वारे ऑप्टिकल पथ स्विच करू शकतात, ज्यामध्ये उच्च पॉवर वापर आणि स्लो स्विचिंग स्पीडचे तोटे आहेत. जेव्हा फेज्ड अॅरेचा अॅरे आकार मोठा असतो, तेव्हा तो पॉवर वापराच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही.

ऑप्टिकल अॅम्प्लिफिकेशनच्या बाबतीत,सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल अॅम्प्लिफायर (एसओए) InP वर आधारित व्यावसायिक वापरासाठी परिपक्व झाले आहे, परंतु त्याचे उच्च आवाज गुणांक आणि कमी संतृप्तता आउटपुट पॉवरचे तोटे आहेत, जे मायक्रोवेव्ह फोटॉनच्या वापरासाठी अनुकूल नाही. नियतकालिक सक्रियता आणि उलटा यावर आधारित पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगाइडची पॅरामीट्रिक प्रवर्धन प्रक्रिया कमी आवाज आणि उच्च पॉवर ऑन-चिप ऑप्टिकल प्रवर्धन प्राप्त करू शकते, जे ऑन-चिप ऑप्टिकल प्रवर्धनासाठी एकात्मिक मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाच्या आवश्यकता चांगल्या प्रकारे पूर्ण करू शकते.

प्रकाश शोधण्याच्या बाबतीत, पातळ फिल्म लिथियम निओबेटमध्ये १५५० एनएम बँडमध्ये प्रकाशात चांगले ट्रान्समिशन वैशिष्ट्ये आहेत. फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरणाचे कार्य साध्य करता येत नाही, म्हणून मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोगांसाठी, चिपवरील फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरणाच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी. LNOI आधारित फोटोनिक इंटिग्रेटेड चिप्सवर बॅकलोडिंग वेल्डिंग किंवा एपिटॅक्सियल ग्रोथद्वारे InGaAs किंवा Ge-Si डिटेक्शन युनिट्स सादर करणे आवश्यक आहे. ऑप्टिकल फायबरसह जोडण्याच्या बाबतीत, ऑप्टिकल फायबर स्वतः SiO2 मटेरियल असल्याने, SiO2 वेव्हगाइडच्या मोड फील्डमध्ये ऑप्टिकल फायबरच्या मोड फील्डशी सर्वाधिक जुळणारी डिग्री आहे आणि कपलिंग सर्वात सोयीस्कर आहे. पातळ फिल्म लिथियम निओबेटच्या जोरदार प्रतिबंधित वेव्हगाइडचा मोड फील्ड व्यास सुमारे १μm आहे, जो ऑप्टिकल फायबरच्या मोड फील्डपेक्षा खूप वेगळा आहे, म्हणून ऑप्टिकल फायबरच्या मोड फील्डशी जुळण्यासाठी योग्य मोड स्पॉट ट्रान्सफॉर्मेशन केले पाहिजे.

एकात्मतेच्या बाबतीत, विविध पदार्थांमध्ये उच्च एकात्मता क्षमता आहे की नाही हे प्रामुख्याने वेव्हगाइडच्या बेंडिंग त्रिज्यावर अवलंबून असते (वेव्हगाइड मोड फील्डच्या मर्यादेमुळे प्रभावित होते). जोरदारपणे मर्यादित वेव्हगाइड लहान बेंडिंग त्रिज्याला अनुमती देते, जे उच्च एकात्मतेच्या प्राप्तीसाठी अधिक अनुकूल आहे. म्हणून, पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगाइडमध्ये उच्च एकात्मता प्राप्त करण्याची क्षमता आहे. म्हणून, पातळ फिल्म लिथियम निओबेट दिसल्याने लिथियम निओबेट मटेरियल खरोखरच ऑप्टिकल "सिलिकॉन" ची भूमिका बजावू शकते. मायक्रोवेव्ह फोटॉनच्या वापरासाठी, पातळ फिल्म लिथियम निओबेटचे फायदे अधिक स्पष्ट आहेत.