लिथियम टॅन्टालेट (LTOI) हाय स्पीडइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर
5G आणि आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (AI) सारख्या नवीन तंत्रज्ञानाच्या व्यापक अवलंबनामुळे जागतिक डेटा ट्रॅफिक वाढत आहे, ज्यामुळे ऑप्टिकल नेटवर्कच्या सर्व स्तरांवर ट्रान्सीव्हर्ससाठी महत्त्वपूर्ण आव्हाने निर्माण होतात. विशेषतः, पुढील पिढीतील इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर तंत्रज्ञानासाठी एकाच चॅनेलमध्ये डेटा ट्रान्सफर दरांमध्ये 200 Gbps पर्यंत लक्षणीय वाढ करणे आवश्यक आहे, तर ऊर्जा वापर आणि खर्च कमी करणे आवश्यक आहे. गेल्या काही वर्षांत, ऑप्टिकल ट्रान्सीव्हर मार्केटमध्ये सिलिकॉन फोटोनिक्स तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात आहे, मुख्यतः परिपक्व CMOS प्रक्रियेचा वापर करून सिलिकॉन फोटोनिक्सचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन केले जाऊ शकते या वस्तुस्थितीमुळे. तथापि, वाहक फैलाववर अवलंबून असलेल्या SOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरना बँडविड्थ, वीज वापर, मुक्त वाहक शोषण आणि मॉड्युलेशन नॉनलाइनरिटीमध्ये मोठ्या आव्हानांना तोंड द्यावे लागते. उद्योगातील इतर तंत्रज्ञान मार्गांमध्ये InP, पातळ फिल्म लिथियम निओबेट LNOI, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल पॉलिमर आणि इतर मल्टी-प्लॅटफॉर्म विषम एकत्रीकरण उपाय समाविष्ट आहेत. LNOI हा अल्ट्रा-हाय स्पीड आणि लो पॉवर मॉड्युलेशनमध्ये सर्वोत्तम कामगिरी साध्य करू शकणारा उपाय मानला जातो, तथापि, सध्या मोठ्या प्रमाणात उत्पादन प्रक्रिया आणि खर्चाच्या बाबतीत काही आव्हाने आहेत. अलीकडेच, टीमने उत्कृष्ट फोटोइलेक्ट्रिक गुणधर्म आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादन असलेले एक पातळ फिल्म लिथियम टॅन्टालेट (LTOI) एकात्मिक फोटोनिक प्लॅटफॉर्म लाँच केले, जे अनेक अनुप्रयोगांमध्ये लिथियम निओबेट आणि सिलिकॉन ऑप्टिकल प्लॅटफॉर्मच्या कामगिरीशी जुळेल किंवा त्यापेक्षा जास्त होईल अशी अपेक्षा आहे. तथापि, आतापर्यंत, मुख्य उपकरणऑप्टिकल कम्युनिकेशनएलटीओआयमध्ये अल्ट्रा-हाय स्पीड इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरची पडताळणी झालेली नाही.
या अभ्यासात, संशोधकांनी प्रथम LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर डिझाइन केले, ज्याची रचना आकृती 1 मध्ये दर्शविली आहे. इन्सुलेटरवरील लिथियम टॅन्टालेटच्या प्रत्येक थराच्या संरचनेच्या डिझाइनद्वारे आणि मायक्रोवेव्ह इलेक्ट्रोडच्या पॅरामीटर्सद्वारे, मायक्रोवेव्ह आणि प्रकाश लहरींच्या प्रसार गतीशी जुळणारेइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरमायक्रोवेव्ह इलेक्ट्रोडचे नुकसान कमी करण्याच्या बाबतीत, या कामात संशोधकांनी प्रथमच चांदीचा वापर चांगल्या चालकतेसह इलेक्ट्रोड मटेरियल म्हणून करण्याचा प्रस्ताव मांडला आणि चांदीच्या इलेक्ट्रोडने मोठ्या प्रमाणात वापरल्या जाणाऱ्या सोन्याच्या इलेक्ट्रोडच्या तुलनेत मायक्रोवेव्हचे नुकसान ८२% पर्यंत कमी केल्याचे दिसून आले.
आकृती १. एलटीओआय इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर स्ट्रक्चर, फेज मॅचिंग डिझाइन, मायक्रोवेव्ह इलेक्ट्रोड लॉस टेस्ट.
आकृती २ मध्ये LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरचे प्रायोगिक उपकरण आणि परिणाम दाखवले आहेततीव्रता नियंत्रितऑप्टिकल कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये डायरेक्ट डिटेक्शन (IMDD). प्रयोगांवरून असे दिसून आले आहे की LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर 25% SD-FEC थ्रेशोल्डपेक्षा 3.8×10⁻² च्या मोजलेल्या BER सह 176 GBd च्या साइन रेटने PAM8 सिग्नल प्रसारित करू शकतो. 200 GBd PAM4 आणि 208 GBd PAM2 दोन्हीसाठी, BER 15% SD-FEC आणि 7% HD-FEC च्या थ्रेशोल्डपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी होता. आकृती 3 मधील डोळा आणि हिस्टोग्राम चाचणी निकाल दृश्यमानपणे दर्शवितात की LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर उच्च रेषीयता आणि कमी बिट त्रुटी दर असलेल्या हाय-स्पीड कम्युनिकेशन सिस्टममध्ये वापरला जाऊ शकतो.
आकृती २ साठी LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर वापरून प्रयोग करातीव्रता मॉड्युलेटेडऑप्टिकल कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये डायरेक्ट डिटेक्शन (IMDD) (a) प्रायोगिक उपकरण; (b) साइन रेटच्या फंक्शन म्हणून PAM8(लाल), PAM4(हिरवा) आणि PAM2(निळा) सिग्नलचा मोजलेला बिट एरर रेट (BER); (c) 25% SD-FEC मर्यादेपेक्षा कमी बिट-एरर रेट मूल्यांसह मोजमापांसाठी काढलेला वापरण्यायोग्य माहिती रेट (AIR, डॅश केलेली रेषा) आणि संबंधित नेट डेटा रेट (NDR, सॉलिड लाइन); (d) PAM2, PAM4, PAM8 मॉड्युलेशन अंतर्गत डोळ्यांचे नकाशे आणि सांख्यिकीय हिस्टोग्राम.
हे काम ११० GHz च्या ३ dB बँडविड्थसह पहिले हाय-स्पीड LTOI इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर प्रदर्शित करते. तीव्रता मॉड्युलेशन डायरेक्ट डिटेक्शन IMDD ट्रान्समिशन प्रयोगांमध्ये, डिव्हाइस ४०५ Gbit/s चा सिंगल कॅरियर नेट डेटा रेट प्राप्त करते, जे LNOI आणि प्लाझ्मा मॉड्युलेटर सारख्या विद्यमान इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्लॅटफॉर्मच्या सर्वोत्तम कामगिरीशी तुलना करता येते. भविष्यात, अधिक जटिल वापरूनआयक्यू मॉड्युलेटरडिझाइन किंवा अधिक प्रगत सिग्नल त्रुटी सुधारण्याच्या तंत्रांचा वापर करून, किंवा क्वार्ट्ज सब्सट्रेट्स सारख्या कमी मायक्रोवेव्ह लॉस सब्सट्रेट्सचा वापर करून, लिथियम टॅन्टालेट डिव्हाइसेसना 2 Tbit/s किंवा त्याहून अधिक संप्रेषण दर मिळण्याची अपेक्षा आहे. LTOI च्या विशिष्ट फायद्यांसह, जसे की कमी बायरेफ्रिन्जेन्स आणि इतर RF फिल्टर मार्केटमध्ये त्याच्या व्यापक वापरामुळे स्केल इफेक्टसह, लिथियम टॅन्टालेट फोटोनिक्स तंत्रज्ञान पुढील पिढीच्या हाय-स्पीड ऑप्टिकल कम्युनिकेशन नेटवर्क्स आणि मायक्रोवेव्ह फोटोनिक्स सिस्टमसाठी कमी किमतीचे, कमी-शक्तीचे आणि अल्ट्रा-हाय-स्पीड सोल्यूशन्स प्रदान करेल.
पोस्ट वेळ: डिसेंबर-११-२०२४