एकात्मिक मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानामध्ये पातळ फिल्म लिथियम नायोबेटचे फायदे आणि महत्त्व
मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानमोठे कार्यरत बँडविड्थ, मजबूत समांतर प्रक्रिया करण्याची क्षमता आणि कमी ट्रान्समिशन लॉसचे फायदे आहेत, ज्यामध्ये पारंपारिक मायक्रोवेव्ह प्रणालीची तांत्रिक अडचण मोडून काढण्याची आणि रडार, इलेक्ट्रॉनिक युद्ध, दळणवळण आणि मापन आणि लष्करी इलेक्ट्रॉनिक माहिती उपकरणांची कार्यक्षमता सुधारण्याची क्षमता आहे. नियंत्रण.तथापि, वेगळ्या उपकरणांवर आधारित मायक्रोवेव्ह फोटॉन प्रणालीमध्ये काही समस्या आहेत जसे की मोठा आवाज, जास्त वजन आणि खराब स्थिरता, ज्यामुळे स्पेसबोर्न आणि एअरबोर्न प्लॅटफॉर्ममध्ये मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाचा वापर गंभीरपणे प्रतिबंधित होतो.म्हणून, लष्करी इलेक्ट्रॉनिक माहिती प्रणालीमध्ये मायक्रोवेव्ह फोटॉनचा वापर खंडित करण्यासाठी आणि मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाच्या फायद्यांना पूर्ण खेळ देण्यासाठी एकात्मिक मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञान एक महत्त्वपूर्ण आधार बनत आहे.
सध्या, SI-आधारित फोटोनिक एकीकरण तंत्रज्ञान आणि INP-आधारित फोटोनिक एकीकरण तंत्रज्ञान ऑप्टिकल कम्युनिकेशनच्या क्षेत्रात अनेक वर्षांच्या विकासानंतर अधिकाधिक परिपक्व झाले आहेत आणि बरीच उत्पादने बाजारात आणली गेली आहेत.तथापि, मायक्रोवेव्ह फोटॉनच्या वापरासाठी, या दोन प्रकारच्या फोटॉन एकीकरण तंत्रज्ञानामध्ये काही समस्या आहेत: उदाहरणार्थ, Si मॉड्युलेटर आणि InP मॉड्युलेटरचे नॉनलाइनर इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल गुणांक मायक्रोवेव्हद्वारे पाठपुरावा केलेल्या उच्च रेखीयतेच्या आणि मोठ्या डायनॅमिक वैशिष्ट्यांच्या विरुद्ध आहे. फोटॉन तंत्रज्ञान;उदाहरणार्थ, थर्मल-ऑप्टिकल इफेक्ट, पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट किंवा वाहक इंजेक्शन डिस्पर्शन इफेक्टवर आधारित, ऑप्टिकल पाथ स्विचिंगची जाणीव करणारे सिलिकॉन ऑप्टिकल स्विच, मंद स्विचिंग गती, वीज वापर आणि उष्णतेच्या वापराच्या समस्या आहेत, जे जलद गतीने पूर्ण करू शकत नाहीत. बीम स्कॅनिंग आणि मोठ्या ॲरे स्केल मायक्रोवेव्ह फोटॉन अनुप्रयोग.
उच्च गतीसाठी लिथियम निओबेट ही नेहमीच पहिली पसंती राहिली आहेइलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशनसाहित्य त्याच्या उत्कृष्ट रेखीय इलेक्ट्रो-ऑप्टिक प्रभावामुळे.तथापि, पारंपारिक लिथियम niobateइलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटरमोठ्या लिथियम नायोबेट क्रिस्टल मटेरियलपासून बनविलेले आहे, आणि डिव्हाइसचा आकार खूप मोठा आहे, जो एकात्मिक मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाच्या गरजा पूर्ण करू शकत नाही.एकात्मिक मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञान प्रणालीमध्ये रेखीय इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल गुणांकासह लिथियम नायोबेट सामग्री कशी समाकलित करावी हे संबंधित संशोधकांचे लक्ष्य बनले आहे.2018 मध्ये, युनायटेड स्टेट्समधील हार्वर्ड युनिव्हर्सिटीच्या संशोधन संघाने प्रथम निसर्गातील पातळ फिल्म लिथियम निओबेटवर आधारित फोटोनिक इंटिग्रेशन तंत्रज्ञानाचा अहवाल दिला, कारण तंत्रज्ञानामध्ये उच्च एकत्रीकरण, मोठ्या इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेशन बँडविड्थ आणि इलेक्ट्रोची उच्च रेखीयता यांचे फायदे आहेत. -ऑप्टिकल इफेक्ट, एकदा लॉन्च झाल्यानंतर, फोटोनिक इंटिग्रेशन आणि मायक्रोवेव्ह फोटोनिक्सच्या क्षेत्रात शैक्षणिक आणि औद्योगिक लक्ष वेधून घेतले.मायक्रोवेव्ह फोटॉन ऍप्लिकेशनच्या दृष्टीकोनातून, हा पेपर मायक्रोवेव्ह फोटॉन तंत्रज्ञानाच्या विकासावर पातळ फिल्म लिथियम निओबेटवर आधारित फोटॉन एकीकरण तंत्रज्ञानाच्या प्रभावाचा आणि महत्त्वाचा आढावा घेतो.
पातळ फिल्म लिथियम नायोबेट सामग्री आणि पातळ फिल्मलिथियम नायोबेट मॉड्युलेटर
अलीकडच्या दोन वर्षात, लिथियम नायोबेट मटेरियलचा एक नवीन प्रकार उदयास आला आहे, म्हणजेच लिथियम नायोबेट फिल्म मोठ्या लिथियम नायोबेट क्रिस्टलपासून “आयन स्लाइसिंग” पद्धतीने एक्सफोलिएट केली जाते आणि सिलिका बफर लेयरसह सी वेफरशी जोडली जाते. फॉर्म LNOI (LiNbO3-ऑन-इन्सुलेटर) मटेरियल [५], ज्याला या पेपरमध्ये पातळ फिल्म लिथियम नायोबेट मटेरियल म्हणतात.100 नॅनोमीटरपेक्षा जास्त उंचीचे रिज वेव्हगाइड्स पातळ फिल्म लिथियम नायोबेट सामग्रीवर ऑप्टिमाइझ केलेल्या कोरड्या कोरीव कामाद्वारे कोरले जाऊ शकतात आणि तयार केलेल्या वेव्हगाइड्सचा प्रभावी अपवर्तक निर्देशांक फरक 0.8 पेक्षा जास्त (पारंपारिक अपवर्तक निर्देशांक फरकापेक्षा कितीतरी जास्त) पोहोचू शकतो. 0.02 चे लिथियम नायोबेट वेव्हगाइड), आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. जोरदार प्रतिबंधित वेव्हगाइड मॉड्युलेटर डिझाइन करताना प्रकाश क्षेत्र मायक्रोवेव्ह फील्डशी जुळणे सोपे करते.अशा प्रकारे, कमी लांबीमध्ये अर्ध-वेव्ह व्होल्टेज आणि मोठ्या मॉड्युलेशन बँडविड्थ प्राप्त करणे फायदेशीर आहे.
कमी नुकसान लिथियम नायोबेट सबमायक्रॉन वेव्हगाइडचे स्वरूप पारंपारिक लिथियम नायोबेट इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटरच्या उच्च ड्रायव्हिंग व्होल्टेजची अडचण तोडते.इलेक्ट्रोड अंतर ~ 5 μm पर्यंत कमी केले जाऊ शकते, आणि इलेक्ट्रिक फील्ड आणि ऑप्टिकल मोड फील्डमधील आच्छादन खूप वाढले आहे, आणि vπ ·L 20 V·cm पेक्षा जास्त 2.8 V·cm पेक्षा कमी होतो.म्हणून, समान अर्ध-वेव्ह व्होल्टेज अंतर्गत, पारंपारिक मॉड्युलेटरच्या तुलनेत डिव्हाइसची लांबी मोठ्या प्रमाणात कमी केली जाऊ शकते.त्याच वेळी, आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, ट्रॅव्हलिंग वेव्ह इलेक्ट्रोडची रुंदी, जाडी आणि मध्यांतराचे पॅरामीटर्स ऑप्टिमाइझ केल्यानंतर, मॉड्युलेटरमध्ये 100 GHz पेक्षा जास्त अल्ट्रा-हाय मॉड्युलेशन बँडविड्थची क्षमता असू शकते.
Fig.1 （a） गणना केलेले मोड वितरण आणि （b） LN waveguide च्या क्रॉस-सेक्शनची प्रतिमा
Fig.2 （a） Waveguide आणि इलेक्ट्रोड स्ट्रक्चर आणि （b） LN मॉड्युलेटरचे coreplate
पारंपारिक लिथियम निओबेट कमर्शियल मॉड्युलेटर, सिलिकॉन-आधारित मॉड्युलेटर्स आणि इंडियम फॉस्फाइड (InP) मॉड्युलेटर आणि इतर विद्यमान हाय-स्पीड इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेटर्ससह पातळ फिल्म लिथियम नायबेट मॉड्युलेटर्सची तुलना, तुलनाचे मुख्य पॅरामीटर्स समाविष्ट आहेत:
(1) हाफ-वेव्ह व्होल्ट-लांबीचे उत्पादन (vπ ·L, V·cm), मॉड्युलेटरची मॉड्युलेशन कार्यक्षमता मोजते, मूल्य जितके लहान असेल तितकी मॉड्यूलेशन कार्यक्षमता जास्त असेल;
(2) 3 dB मॉड्युलेशन बँडविड्थ (GHz), जे उच्च-फ्रिक्वेंसी मॉड्युलेशनला मॉड्युलेटरचा प्रतिसाद मोजते;
(3) मॉड्युलेशन क्षेत्रामध्ये ऑप्टिकल इन्सर्शन लॉस (dB).हे सारणीवरून पाहिले जाऊ शकते की पातळ फिल्म लिथियम नायोबेट मॉड्युलेटरचे मॉड्यूलेशन बँडविड्थ, अर्ध-वेव्ह व्होल्टेज, ऑप्टिकल इंटरपोलेशन लॉस इत्यादीमध्ये स्पष्ट फायदे आहेत.
सिलिकॉन, एकात्मिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सचा कोनशिला म्हणून, आतापर्यंत विकसित केले गेले आहे, प्रक्रिया परिपक्व आहे, त्याचे सूक्ष्मीकरण सक्रिय/निष्क्रिय उपकरणांच्या मोठ्या प्रमाणात एकत्रीकरणासाठी अनुकूल आहे, आणि त्याच्या मॉड्यूलेटरचा ऑप्टिकल क्षेत्रात व्यापक आणि सखोल अभ्यास केला गेला आहे. संवादसिलिकॉनची इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल मॉड्युलेशन यंत्रणा मुख्यत्वे वाहक डिप्लिंग-टिओन, वाहक इंजेक्शन आणि वाहक संचय आहे.त्यापैकी, मॉड्युलेटरची बँडविड्थ लीनियर डिग्री कॅरियर डिप्लेशन मेकॅनिझमसह इष्टतम आहे, परंतु ऑप्टिकल फील्ड डिस्ट्रिब्युशन डिप्लीशन क्षेत्राच्या गैर-एकरूपतेसह ओव्हरलॅप होत असल्याने, हा परिणाम नॉनलाइनर सेकंड-ऑर्डर विरूपण आणि तृतीय-ऑर्डर इंटरमॉड्युलेशन विरूपण सादर करेल. अटी, प्रकाशावरील वाहकाच्या शोषण प्रभावासह, ज्यामुळे ऑप्टिकल मॉड्युलेशन मोठेपणा आणि सिग्नल विकृती कमी होईल.
InP मॉड्युलेटरमध्ये उत्कृष्ट इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रभाव आहेत, आणि मल्टी-लेयर क्वांटम वेल स्ट्रक्चर 0.156V · मिमी पर्यंत Vπ·L सह अल्ट्रा-हाय रेट आणि लो ड्रायव्हिंग व्होल्टेज मॉड्युलेटर ओळखू शकते.तथापि, विद्युत क्षेत्रासह अपवर्तक निर्देशांकाच्या भिन्नतेमध्ये रेखीय आणि नॉनलाइनर संज्ञांचा समावेश होतो आणि विद्युत क्षेत्राच्या तीव्रतेच्या वाढीमुळे द्वितीय-क्रम प्रभाव ठळक होईल.म्हणून, सिलिकॉन आणि InP इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर्सना जेव्हा ते कार्य करतात तेव्हा pn जंक्शन तयार करण्यासाठी पूर्वाग्रह लागू करणे आवश्यक आहे आणि pn जंक्शन शोषण नुकसान प्रकाशात आणेल.तथापि, या दोघांचा मॉड्युलेटर आकार लहान आहे, व्यावसायिक InP मॉड्युलेटरचा आकार LN मॉड्युलेटरच्या 1/4 आहे.उच्च मॉड्युलेशन कार्यक्षमता, उच्च घनता आणि डेटा केंद्रांसारख्या कमी अंतराच्या डिजिटल ऑप्टिकल ट्रान्समिशन नेटवर्कसाठी योग्य.लिथियम नायोबेटच्या इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल प्रभावामध्ये प्रकाश शोषण्याची यंत्रणा आणि कमी नुकसान नाही, जे लांब अंतराच्या सुसंगततेसाठी योग्य आहे.ऑप्टिकल संप्रेषणमोठ्या क्षमतेसह आणि उच्च दरासह.मायक्रोवेव्ह फोटॉन ऍप्लिकेशनमध्ये, Si आणि InP चे इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल गुणांक नॉनलाइनर आहेत, जे मायक्रोवेव्ह फोटॉन सिस्टमसाठी योग्य नाहीत जे उच्च रेखीयता आणि मोठ्या गतिशीलतेचा पाठपुरावा करतात.लिथियम नायोबेट मटेरियल मायक्रोवेव्ह फोटॉन ऍप्लिकेशनसाठी अतिशय योग्य आहे कारण त्याच्या पूर्णपणे रेखीय इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेशन गुणांक आहे.
पोस्ट वेळ: एप्रिल-२२-२०२४