उच्च समाकलित पातळ फिल्म लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर

उच्च रेषात्मकताइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरआणि मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोग
संप्रेषण प्रणालीच्या वाढत्या आवश्यकतांमुळे, सिग्नलची प्रसारण कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, लोक पूरक फायदे मिळविण्यासाठी फोटो आणि इलेक्ट्रॉन फ्यूज करतील आणि मायक्रोवेव्ह फोटॉनिक्सचा जन्म होईल. इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरला वीज रूपांतरणासाठी आवश्यक आहेमायक्रोवेव्ह फोटॉनिक सिस्टम, आणि ही महत्त्वाची पायरी सहसा संपूर्ण सिस्टमची कार्यक्षमता निर्धारित करते. ऑप्टिकल डोमेनमध्ये रेडिओ फ्रिक्वेन्सी सिग्नलचे रूपांतरण ही एक अ‍ॅनालॉग सिग्नल प्रक्रिया आहे आणि सामान्यइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरअंतर्निहित नॉनलाइनरिटी आहे, रूपांतरण प्रक्रियेमध्ये गंभीर सिग्नल विकृती आहे. अंदाजे रेखीय मॉड्यूलेशन साध्य करण्यासाठी, मॉड्युलेटरचा ऑपरेटिंग पॉईंट सामान्यत: ऑर्थोगोनल बायस पॉईंटवर निश्चित केला जातो, परंतु तरीही तो मॉड्युलेटरच्या रेषात्मकतेसाठी मायक्रोवेव्ह फोटॉन दुव्याची आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही. उच्च रेखीयतेसह इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर तातडीने आवश्यक आहेत.

सिलिकॉन मटेरियलचे हाय-स्पीड रीफ्रॅक्टिव्ह इंडेक्स मॉड्यूलेशन सहसा फ्री कॅरियर प्लाझ्मा फैलाव (एफसीडी) प्रभावाद्वारे प्राप्त केले जाते. एफसीडी इफेक्ट आणि पीएन जंक्शन मॉड्युलेशन दोन्ही नॉनलाइनर आहेत, जे लिथियम निओबेट मॉड्युलेटरपेक्षा सिलिकॉन मॉड्युलेटर कमी रेषात्मक बनवते. लिथियम निओबेट सामग्री उत्कृष्ट प्रदर्शनइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशनत्यांच्या पकरच्या परिणामामुळे गुणधर्म. त्याच वेळी, लिथियम निओबेट मटेरियलमध्ये मोठ्या बँडविड्थ, चांगल्या मॉड्यूलेशन वैशिष्ट्ये, कमी तोटा, अर्धसंवाहक प्रक्रियेसह सुलभता आणि सुसंगतता, सिलिकॉन जवळजवळ “शॉर्ट प्लेट” मिळविण्यासाठी उच्च-कार्यक्षमता इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरचा वापर आहे. पातळ फिल्म लिथियम निओबेट (एलएनओआय) इन्सुलेटरवरील इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर ही एक आशादायक विकासाची दिशा बनली आहे. पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियल तयारी तंत्रज्ञान आणि वेव्हगुइड एचिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासासह, उच्च रूपांतरण कार्यक्षमता आणि पातळ फिल्म लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरचे उच्च समाकलन आंतरराष्ट्रीय शैक्षणिक आणि उद्योगाचे क्षेत्र बनले आहे.

पातळ फिल्म लिथियम निओबेटची वैशिष्ट्ये
युनायटेड स्टेट्समध्ये डीएपी एआर नियोजनात लिथियम निओबेट सामग्रीचे खालील मूल्यांकन केले गेले आहे: जर इलेक्ट्रॉनिक क्रांतीच्या केंद्राचे नाव सिलिकॉन मटेरियलच्या नावावर असेल तर ते शक्य आहे, तर फोटॉनिक्स क्रांतीच्या जन्मस्थळाचे नाव लिथियम निओबेटच्या नावावर असेल. हे असे आहे कारण लिथियम निओबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल इफेक्ट, अकॉस्टो-ऑप्टिकल इफेक्ट, पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट, थर्मोइलेक्ट्रिक इफेक्ट आणि ऑप्टिक्सच्या क्षेत्रातील सिलिकॉन मटेरियल प्रमाणेच एकामध्ये फोटोरेफ्रॅक्टिव्ह इफेक्ट समाकलित करते.

ऑप्टिकल ट्रान्समिशन वैशिष्ट्यांच्या बाबतीत, सामान्यत: वापरल्या जाणार्‍या 1550 एनएम बँडमध्ये प्रकाश शोषल्यामुळे आयएनपी मटेरियलमध्ये सर्वात जास्त ऑन-चिप ट्रान्समिशन कमी होते. एसआयओ 2 आणि सिलिकॉन नायट्राइडमध्ये सर्वोत्तम ट्रान्समिशन वैशिष्ट्ये आहेत आणि तोटा ~ 0.01 डीबी/सेमीच्या पातळीवर पोहोचू शकतो; सध्या, पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगुइडचे वेव्हगॉइड नुकसान 0.03 डीबी/सेमीच्या पातळीवर पोहोचू शकते आणि भविष्यात तांत्रिक पातळीच्या सतत सुधारणांसह पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगुइड कमी होण्याची क्षमता कमी होण्याची शक्यता आहे. म्हणूनच, पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियल प्रकाशसंश्लेषक मार्ग, शंट आणि मायक्रोरिंग सारख्या निष्क्रिय प्रकाश रचनांसाठी चांगली कामगिरी दर्शवेल.

प्रकाश निर्मितीच्या बाबतीत, केवळ आयएनपीमध्ये थेट प्रकाश उत्सर्जित करण्याची क्षमता आहे; म्हणूनच, मायक्रोवेव्ह फोटॉनच्या अनुप्रयोगासाठी, बॅकलोडिंग वेल्डिंग किंवा एपिटॅक्सियल ग्रोथच्या मार्गाने एलएनओआय आधारित फोटॉनिक इंटिग्रेटेड चिपवर आयएनपी आधारित प्रकाश स्त्रोत सादर करणे आवश्यक आहे. लाइट मॉड्यूलेशनच्या बाबतीत, यावर जोर देण्यात आला आहे की पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियल मोठ्या मॉड्यूलेशन बँडविड्थ, लोअर अर्ध्या-वेव्ह व्होल्टेज आणि आयएनपी आणि एसआयपेक्षा कमी ट्रान्समिशन लॉस प्राप्त करणे सोपे आहे. शिवाय, सर्व मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोगांसाठी पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियलच्या इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्यूलेशनची उच्च रेषात्मकता आवश्यक आहे.

ऑप्टिकल रूटिंगच्या बाबतीत, पातळ फिल्म लिथियम निओबेट मटेरियलचा हाय स्पीड इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रतिसाद एलएनओआय आधारित ऑप्टिकल स्विच हाय-स्पीड ऑप्टिकल रूटिंग स्विचिंग करण्यास सक्षम बनवितो आणि अशा हाय-स्पीड स्विचिंगचा उर्जा वापर देखील खूपच कमी आहे. इंटिग्रेटेड मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाच्या ठराविक अनुप्रयोगासाठी, ऑप्टिकली नियंत्रित बीमफॉर्मिंग चिपमध्ये वेगवान बीम स्कॅनिंगच्या गरजा भागविण्यासाठी हाय-स्पीड स्विचिंगची क्षमता आहे आणि अल्ट्रा-लो वीज वापराची वैशिष्ट्ये मोठ्या प्रमाणात टप्प्याटप्प्याने अ‍ॅरे सिस्टमच्या काटेकोर आवश्यकतांमध्ये अनुकूल आहेत. जरी आयएनपी आधारित ऑप्टिकल स्विचला हाय-स्पीड ऑप्टिकल पथ स्विचिंग देखील जाणवू शकते, परंतु ते मोठ्या आवाजाचा परिचय देईल, विशेषत: जेव्हा मल्टीलेव्हल ऑप्टिकल स्विच कॅसकेड केले जाते, तेव्हा आवाज गुणांक गंभीरपणे खराब होईल. सिलिकॉन, एसआयओ 2 आणि सिलिकॉन नायट्राइड मटेरियल केवळ थर्मो-ऑप्टिकल इफेक्ट किंवा कॅरियर फैलाव प्रभावाद्वारे ऑप्टिकल पथ स्विच करू शकतात, ज्यात उच्च उर्जा वापराचे तोटे आणि हळू स्विचिंग वेग आहे. जेव्हा टप्प्याटप्प्याने अ‍ॅरेचा अ‍ॅरे आकार मोठा असतो, तेव्हा तो उर्जा वापराच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही.

ऑप्टिकल प्रवर्धनाच्या बाबतीत,सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर (एसओए) आयएनपीवर आधारित व्यावसायिक वापरासाठी परिपक्व आहे, परंतु त्यात उच्च आवाज गुणांक आणि कमी संपृक्तता आउटपुट पॉवरचे तोटे आहेत, जे मायक्रोवेव्ह फोटॉनच्या अनुप्रयोगास अनुकूल नाही. नियतकालिक सक्रियकरण आणि व्युत्पन्न यावर आधारित पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगुइडची पॅरामीट्रिक एम्प्लिफिकेशन प्रक्रिया कमी आवाज आणि उच्च उर्जा ऑन-चिप ऑप्टिकल प्रवर्धन प्राप्त करू शकते, जे ऑन-चिप ऑप्टिकल एम्प्लिफिकेशनसाठी एकात्मिक मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाची आवश्यकता पूर्ण करू शकते.

प्रकाश शोधण्याच्या बाबतीत, पातळ फिल्म लिथियम निओबेटमध्ये 1550 एनएम बँडमध्ये प्रकाशात चांगली प्रसारण वैशिष्ट्ये आहेत. फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरणाचे कार्य लक्षात येऊ शकत नाही, म्हणून मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोगांसाठी, चिपवर फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरणाच्या गरजा भागविण्यासाठी. इनगास किंवा जी-सी डिटेक्शन युनिट्स बॅकलोडिंग वेल्डिंग किंवा एपिटॅक्सियल ग्रोथद्वारे एलएनओआय आधारित फोटॉनिक इंटिग्रेटेड चिप्सवर सादर करणे आवश्यक आहे. ऑप्टिकल फायबरसह जोडण्याच्या दृष्टीने, कारण ऑप्टिकल फायबर स्वतः सीओ 2 मटेरियल आहे, एसआयओ 2 वेव्हगुइडच्या मोड फील्डमध्ये ऑप्टिकल फायबरच्या मोड फील्डसह सर्वाधिक जुळणारी डिग्री असते आणि जोडणी सर्वात सोयीस्कर आहे. पातळ फिल्म लिथियम निओबेटच्या जोरदार प्रतिबंधित वेव्हगुइडचा मोड फील्ड व्यास सुमारे 1μm आहे, जो ऑप्टिकल फायबरच्या मोड फील्डपेक्षा अगदी वेगळा आहे, म्हणून ऑप्टिकल फायबरच्या मोड फील्डशी जुळण्यासाठी योग्य मोड स्पॉट ट्रान्सफॉर्मेशन करणे आवश्यक आहे.

एकत्रीकरणाच्या बाबतीत, विविध सामग्रीमध्ये उच्च समाकलन क्षमता आहे की नाही हे प्रामुख्याने वेव्हगुइडच्या वाकणे त्रिज्यावर अवलंबून असते (वेव्हगुइड मोड फील्डच्या मर्यादेमुळे प्रभावित). जोरदार प्रतिबंधित वेव्हगॉइड लहान वाकणे त्रिज्यास अनुमती देते, जे उच्च समाकलनाच्या प्राप्तीसाठी अधिक अनुकूल आहे. म्हणून, पातळ-फिल्म लिथियम निओबेट वेव्हगुइड्समध्ये उच्च एकत्रीकरण करण्याची क्षमता आहे. म्हणूनच, पातळ फिल्म लिथियम निओबेटचे स्वरूप लिथियम निओबेट मटेरियलला ऑप्टिकल “सिलिकॉन” ची भूमिका खरोखर प्ले करणे शक्य करते. मायक्रोवेव्ह फोटॉनच्या अनुप्रयोगासाठी, पातळ फिल्म लिथियम निओबेटचे फायदे अधिक स्पष्ट आहेत.