थिन फिल्म लिथियम नायोबाइट इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉड्युलेटरच्या संरचना आणि कार्यप्रदर्शनाचा परिचय

संरचना आणि कार्यप्रदर्शनाचा परिचयपातळ थर लिथियम नायोबेट इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉड्युलेटर
An इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरपातळ फिल्म लिथियम नायोबाइटच्या विविध संरचना, तरंगलांबी आणि प्लॅटफॉर्मवर आधारित आणि विविध प्रकारांची सर्वसमावेशक कार्यप्रदर्शन तुलनाEOM मॉड्युलेटरतसेच संशोधनाचे आणि उपयोजनाचे विश्लेषणपातळ फिल्म लिथियम नायोबेट मॉड्युलेटरइतर क्षेत्रांमध्ये.

१. नॉन-रेजोनंट कॅव्हिटी थिन फिल्म लिथियम नायोबाइट मॉड्युलेटर
या प्रकारचा मॉड्युलेटर लिथियम नायोबाइट क्रिस्टलच्या उत्कृष्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभावावर आधारित आहे आणि वेगवान व दूर अंतरावरील ऑप्टिकल कम्युनिकेशन साध्य करण्यासाठी हे एक महत्त्वाचे उपकरण आहे. यामध्ये तीन मुख्य संरचना आहेत:
१.१ ट्रॅव्हलिंग वेव्ह इलेक्ट्रोड एमझेडआय मॉड्युलेटर: ही सर्वात सामान्य रचना आहे. हार्वर्ड विद्यापीठातील लोंचार संशोधन गटाने २०१८ मध्ये प्रथम याची एक उच्च-कार्यक्षम आवृत्ती तयार केली. त्यानंतरच्या सुधारणांमध्ये क्वार्ट्झ सबस्ट्रेटवर आधारित कपॅसिटिव्ह लोडिंग (उच्च बँडविड्थ परंतु सिलिकॉन-आधारित प्रणालीशी विसंगत) आणि सबस्ट्रेट हॉलोइंगवर आधारित सिलिकॉन-आधारित सुसंगत प्रणालीचा समावेश आहे, ज्यामुळे उच्च बँडविड्थ (>६७ GHz) आणि उच्च-गती सिग्नल (जसे की ११२ Gbit/s PAM4) प्रसारण साध्य झाले.
१.२ फोल्डिंग एमझेडआय मॉड्युलेटर: डिव्हाइसचा आकार कमी करण्यासाठी आणि क्यूएसएफपी-डीडी सारख्या कॉम्पॅक्ट मॉड्यूल्सशी जुळवून घेण्यासाठी, पोलरायझेशन ट्रीटमेंट, क्रॉस वेव्हगाईड किंवा इनव्हर्टेड मायक्रोस्ट्रक्चर इलेक्ट्रोड्स वापरले जातात ज्यामुळे डिव्हाइसची लांबी निम्मी होते आणि ६० गिगाहर्ट्झची बँडविड्थ प्राप्त होते.
१.३ एकल/दुहेरी ध्रुवीकरण सुसंगत लंबकोणीय (IQ) मॉड्युलेटर: प्रेषण दर वाढवण्यासाठी उच्च-श्रेणी मॉड्युलेशन स्वरूपाचा वापर करते. सन यटसेन विद्यापीठातील काय संशोधन गटाने २०२० मध्ये पहिला ऑन-चिप एकल ध्रुवीकरण IQ मॉड्युलेटर साध्य केला. भविष्यात विकसित होणाऱ्या दुहेरी ध्रुवीकरण IQ मॉड्युलेटरची कामगिरी अधिक चांगली आहे, आणि क्वार्ट्झ सबस्ट्रेटवर आधारित आवृत्तीने १.९६ टेराबिट/सेकंदचा एकल तरंगलांबी प्रेषण दराचा विक्रम प्रस्थापित केला आहे.

२. अनुनादी पोकळी प्रकारचा पातळ-थर लिथियम नायोबाइट मॉड्युलेटर
अत्यंत लहान आणि मोठ्या बँडविड्थचे मॉड्युलेटर मिळवण्यासाठी, विविध अनुनादी पोकळी संरचना उपलब्ध आहेत:
२.१ फोटोनिक क्रिस्टल (PC) आणि मायक्रो रिंग मॉड्युलेटर: युनिव्हर्सिटी ऑफ रॉचेस्टर येथील लिन यांच्या संशोधन गटाने पहिला उच्च-कार्यक्षम फोटोनिक क्रिस्टल मॉड्युलेटर विकसित केला आहे. याव्यतिरिक्त, सिलिकॉन लिथियम नायोबाइट हेटेरोजिनियस इंटिग्रेशन आणि होमोजिनियस इंटिग्रेशनवर आधारित मायक्रो रिंग मॉड्युलेटर देखील प्रस्तावित केले गेले आहेत, ज्याद्वारे अनेक GHz ची बँडविड्थ साध्य केली जाते.
२.२ ब्रॅग ग्रेटिंग रेझोनंट कॅव्हिटी मॉड्युलेटर: यामध्ये फॅब्री पेरो (FP) कॅव्हिटी, वेव्हगाईड ब्रॅग ग्रेटिंग (WBG) आणि स्लो लाईट (SL) मॉड्युलेटर यांचा समावेश आहे. या संरचना आकार, प्रक्रिया सहनशीलता (टॉलरन्स) आणि कार्यक्षमता यांच्यात संतुलन साधण्यासाठी तयार केल्या जातात. उदाहरणार्थ, एक २ × २ FP रेझोनंट कॅव्हिटी मॉड्युलेटर ११० GHz पेक्षा जास्त असलेली अत्यंत मोठी बँडविड्थ प्राप्त करतो. कपल्ड ब्रॅग ग्रेटिंगवर आधारित स्लो लाईट मॉड्युलेटर कार्यरत बँडविड्थची व्याप्ती वाढवतो.

३. विषम एकात्मिक पातळ थर लिथियम नायोबाइट मॉड्युलेटर
सिलिकॉन-आधारित प्लॅटफॉर्मवरील CMOS तंत्रज्ञानाची सुसंगतता लिथियम नायोबाइटच्या उत्कृष्ट मॉड्युलेशन कार्यक्षमतेसोबत एकत्रित करण्यासाठी तीन मुख्य एकीकरण पद्धती आहेत:
३.१ बॉन्ड प्रकारातील विषम एकीकरण: बेंझोसायक्लोब्युटीन (BCB) किंवा सिलिकॉन डायऑक्साइडसोबत थेट बॉन्डिंग करून, लिथियम नायोबेटचा पातळ थर सिलिकॉन किंवा सिलिकॉन नायट्राइड प्लॅटफॉर्मवर स्थानांतरित केला जातो, ज्यामुळे वेफर स्तरावर उच्च तापमानात स्थिर एकीकरण साधले जाते. हा मॉड्युलेटर उच्च बँडविड्थ (>७० GHz, अगदी ११० GHz पेक्षाही जास्त) आणि उच्च-गती सिग्नल ट्रान्समिशन क्षमता दर्शवतो.
3.2 निक्षेपण वेव्हगाईड सामग्रीचे विषम एकीकरण: लोड वेव्हगाईड म्हणून पातळ फिल्म लिथियम नायोबाइटवर सिलिकॉन किंवा सिलिकॉन नायट्राइडचे निक्षेपण केल्याने कार्यक्षम इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेशन देखील साध्य होते.
३.३ मायक्रो ट्रान्सफर प्रिंटिंग (μ TP) हेटेरोजिनियस इंटिग्रेशन: हे मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनासाठी वापरले जाण्याची अपेक्षा असलेले एक तंत्रज्ञान आहे, जे गुंतागुंतीच्या पोस्ट-प्रोसेसिंगला टाळून, उच्च-सुस्पष्टता उपकरणांच्या माध्यमातून पूर्वनिर्मित कार्यात्मक उपकरणांना लक्ष्य चिप्सवर हस्तांतरित करते. हे सिलिकॉन नायट्राइड आणि सिलिकॉन-आधारित प्लॅटफॉर्मवर यशस्वीरित्या लागू केले गेले आहे, ज्यामुळे अनेक GHz ची बँडविड्थ प्राप्त झाली आहे.

थोडक्यात, हा लेख थिन फिल्म लिथियम नायोबाइट प्लॅटफॉर्मवर आधारित इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर्सच्या तांत्रिक रोडमॅपची पद्धतशीरपणे रूपरेषा देतो, ज्यामध्ये उच्च-कार्यक्षमता आणि मोठ्या बँडविड्थच्या नॉन-रेझोनंट कॅव्हिटी संरचनांचा पाठपुरावा करण्यापासून, लघु-आकाराच्या रेझोनंट कॅव्हिटी संरचनांचा शोध घेण्यापर्यंत आणि प्रगत सिलिकॉन-आधारित फोटोनिक प्लॅटफॉर्मसह एकत्रीकरण करण्यापर्यंतच्या टप्प्यांचा समावेश आहे. हा लेख पारंपरिक मॉड्युलेटर्सच्या कार्यक्षमतेतील अडथळे दूर करून उच्च-गती ऑप्टिकल कम्युनिकेशन साध्य करण्यामध्ये थिन फिल्म लिथियम नायोबाइट मॉड्युलेटर्सची प्रचंड क्षमता आणि सतत होणारी प्रगती दर्शवतो.